時(shí)間與頻率的測(cè)量培訓(xùn)課件

第四章時(shí)間與頻率的測(cè)量4.1 概述4.2 時(shí)間與頻率的原始基準(zhǔn)4.3 頻率和時(shí)間的測(cè)量原理4.4 電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測(cè)量功能4.5 電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差4.6 高分辨時(shí)間和頻率測(cè)量技術(shù)4.7 微波頻率測(cè)量技術(shù)4.8 頻率穩(wěn)定度測(cè)量和頻率比對(duì)4.9 時(shí)頻測(cè)量技術(shù)4.1 概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念

1）時(shí)間和頻率的定義 2）時(shí)頻測(cè)量的特點(diǎn) 3）測(cè)量方法概述4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述

1）電子計(jì)數(shù)器的分類

2）主要技術(shù)指標(biāo) 3）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念

1）時(shí)間和頻率的定義◆時(shí)間有兩個(gè)含義：

“時(shí)刻”：即某個(gè)事件何時(shí)發(fā)生；

“時(shí)間間隔”：即某個(gè)時(shí)間相對(duì)于某一時(shí)刻持續(xù)了多久?！纛l率的定義：周期信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時(shí)間間隔T內(nèi)周期信號(hào)重復(fù)變化了N次，則頻率可表達(dá)為：f＝N/T◆時(shí)間與頻率的關(guān)系：可以互相轉(zhuǎn)換。2)時(shí)頻測(cè)量的特點(diǎn)◆最常見(jiàn)和最重要的測(cè)量 時(shí)間是7個(gè)基本國(guó)際單位之一，時(shí)間、頻率是極為重要的物理量，在通信、航空航天、武器裝備、科學(xué)試驗(yàn)、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等民用和軍事方面都存在時(shí)頻測(cè)量?！魷y(cè)量準(zhǔn)確度高 時(shí)間頻率基準(zhǔn)具有最高準(zhǔn)確度（可達(dá)10-14），校準(zhǔn)（比對(duì)）方便，因而數(shù)字化時(shí)頻測(cè)量可達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。因此，許多物理量的測(cè)量都轉(zhuǎn)換為時(shí)頻測(cè)量?！糇詣?dòng)化程度高◆測(cè)量速度快3）測(cè)量方法概述◆頻率的測(cè)量方法可以分為：差頻法拍頻法示波法電橋法諧振法比較法直讀法李沙育圖形法測(cè)周期法模擬法頻率測(cè)量方法數(shù)字法電容充放電法電子計(jì)數(shù)器法各種測(cè)量方法有著不同的實(shí)現(xiàn)原理，其復(fù)雜程度不同。各種測(cè)量方法有著不同的測(cè)量準(zhǔn)確度和適用的頻率范圍。數(shù)字化電子計(jì)數(shù)器法是時(shí)間、頻率測(cè)量的主要方法，是本章的重點(diǎn)。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類◆按功能可以分為如下四類：（1）通用計(jì)數(shù)器：可測(cè)量頻率、頻率比、周期、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)等。其測(cè)量功能可擴(kuò)展。（2）頻率計(jì)數(shù)器：其功能限于測(cè)頻和計(jì)數(shù)。但測(cè)頻范圍往往很寬。（3）時(shí)間計(jì)數(shù)器：以時(shí)間測(cè)量為基礎(chǔ)，可測(cè)量周期、脈沖參數(shù)等，其測(cè)時(shí)分辨力和準(zhǔn)確度很高。（4）特種計(jì)數(shù)器:具有特殊功能的計(jì)數(shù)器。包括可逆計(jì)數(shù)器、序列計(jì)數(shù)器、預(yù)置計(jì)數(shù)器等。用于工業(yè)測(cè)控。1）電子計(jì)數(shù)器的分類按用途可分為：

測(cè)量用計(jì)數(shù)器和控制用計(jì)數(shù)器。按測(cè)量范圍可分為： （1）低速計(jì)數(shù)器（低于10MHz） （2）中速計(jì)數(shù)器（10~100MHz） （3）高速計(jì)數(shù)器（高于100MHz） （4）微波計(jì)數(shù)器（1~80GHz）

2）主要技術(shù)指標(biāo)（1）測(cè)量范圍：毫赫~幾十GHz。（2）準(zhǔn)確度：可達(dá)10-9以上。（3）晶振頻率及穩(wěn)定度：晶體振蕩器是電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部基準(zhǔn)，一般要求高于所要求的測(cè)量準(zhǔn)確度的一個(gè)數(shù)量級(jí)（10倍）。輸出頻率為1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等，普通晶振穩(wěn)定度為10-5，恒溫晶振達(dá)10-7~10-9。（4）輸入特性：包括耦合方式（DC、AC）、觸發(fā)電平（可調(diào)）、靈敏度（10~100mV）、輸入阻抗（50Ω低阻和1MΩ//25pF高阻）等。（5）閘門時(shí)間(測(cè)頻)：有1ms、10ms、100ms、1s、10s。（6）時(shí)標(biāo)(測(cè)周)：有10ns、100ns、1ms、10ms。（7）顯示：包括顯示位數(shù)及顯示方式等。3）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展◆測(cè)量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智能化?！魷y(cè)量準(zhǔn)確度和頻率上限是電子計(jì)數(shù)器的兩個(gè)重要指標(biāo)，電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展體現(xiàn)了這兩個(gè)指標(biāo)的不斷提高及功能的擴(kuò)展和完善?！衾樱骸裢ǖ溃簝蓚€(gè)225MHz通道，也可 選擇第三個(gè)12.4GHz通道?！衩棵?2位的頻率分辨率、150ps的時(shí)間間隔分辨率?！駵y(cè)量功能：包括頻率、頻率比、時(shí)間間隔、上升時(shí)間、下降時(shí)間、相位、占空比、正脈沖寬度、負(fù)脈沖寬度、總和、峰電壓、時(shí)間間隔平均和時(shí)間間隔延遲?！裉幚砉δ埽浩骄怠⒆钚≈?、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。4.2時(shí)間間與頻率標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)4.2.1時(shí)時(shí)間與頻率率的原始標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)1）天文時(shí)標(biāo)標(biāo)2）原子時(shí)標(biāo)標(biāo)4.2.2石石英晶體振振蕩器1）組成2）指標(biāo)4.2.1時(shí)時(shí)間與頻率率的原始標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)1）天文時(shí)標(biāo)標(biāo)◆原始標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具具有恒定不變性?！纛l率和時(shí)間互互為倒數(shù)，其其標(biāo)準(zhǔn)具有一一致性。◆宏觀標(biāo)準(zhǔn)和和微觀標(biāo)準(zhǔn)宏觀標(biāo)準(zhǔn)：基基于天文觀測(cè)測(cè)；微觀標(biāo)準(zhǔn)：基基于量子電子子學(xué)，更穩(wěn)定定更準(zhǔn)確?！羰澜鐣r(shí)（UT,UniversalTime）:以地球自轉(zhuǎn)周期期(1天)確定定的時(shí)間，即即1/(24×60×60)=1/86400為1秒。其其誤差約為10－7量級(jí)。1）天文時(shí)標(biāo)標(biāo)◆為世界時(shí)確定定時(shí)間觀測(cè)的的參考點(diǎn)，得到平太陽(yáng)時(shí)：由于地球自自轉(zhuǎn)周期存在在不均勻性，，以假想的平太陽(yáng)作為基本參考考點(diǎn)。零類世界時(shí)（（UT0）：以平太陽(yáng)的的子夜0時(shí)為為參考。第一類世界時(shí)時(shí)（UT1）：對(duì)地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的極移效應(yīng)應(yīng)（自轉(zhuǎn)軸微微小位移）作作修正得到。。第二類世界時(shí)時(shí)（UT2）：對(duì)地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的季節(jié)性變變化（影響自自轉(zhuǎn)速率）作作修正得到。。準(zhǔn)確度為3×10－8。歷書(shū)時(shí)（ET）：以地球繞太陽(yáng)陽(yáng)公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，即公轉(zhuǎn)周期期（1年）的的31556925.9747分之一為1秒。參考點(diǎn)點(diǎn)為1900年1月1日日0時(shí)（國(guó)際際天文學(xué)會(huì)定定義）。準(zhǔn)確確度達(dá)1×10－9。于1960年年第11屆國(guó)國(guó)際計(jì)量大會(huì)會(huì)接受為“秒秒”的標(biāo)準(zhǔn)。。2）原子時(shí)標(biāo)標(biāo)◆基于天文觀測(cè)測(cè)的宏觀標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)用于測(cè)試計(jì)計(jì)量中的不足足設(shè)備龐大、操操作麻煩；觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)；；準(zhǔn)確度有限。?！粼訒r(shí)標(biāo)（AT）的量子電子學(xué)學(xué)基礎(chǔ)原子（分子））在能級(jí)躍遷遷中將吸收(低能級(jí)到高高能級(jí))或輻輻射（高能級(jí)級(jí)到低能級(jí)））電磁波，其其頻率是恒定定的。hfn-m=En-Em式中，h=6.6252×10-27為普朗克常數(shù)數(shù)，En、Em為受激態(tài)的兩兩個(gè)能級(jí)，fn-m為吸收或輻射射的電磁波頻頻率。2）原子時(shí)標(biāo)標(biāo)原子時(shí)標(biāo)的定定義1967年10月，第13屆國(guó)際計(jì)計(jì)量大會(huì)正式式通過(guò)了秒的的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個(gè)超超精細(xì)結(jié)構(gòu)能能級(jí)之間躍遷遷頻率相應(yīng)的的射線束持續(xù)續(xù)9,192,631,770個(gè)周周期的時(shí)間””。1972年起起實(shí)行，為全全世界所接受受。秒的定義義由天文實(shí)物物標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡到到原子自然標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度度提高了4~5個(gè)量級(jí)，，達(dá)5×10-14(相當(dāng)于62萬(wàn)年±1秒秒)，并仍在提高高。2）原子時(shí)標(biāo)標(biāo)原子鐘原子時(shí)標(biāo)的實(shí)實(shí)物儀器，可可用于時(shí)間、、頻率標(biāo)準(zhǔn)的的發(fā)布和比對(duì)對(duì)。銫原子鐘準(zhǔn)確度：10-13~10-14。大銫鐘，專用用實(shí)驗(yàn)室高穩(wěn)穩(wěn)定度頻率基基準(zhǔn)；小銫鐘鐘，頻率工作作基準(zhǔn)。銣原子鐘準(zhǔn)確度：10-11，體積小、重重量輕，便于于攜帶，可作作為工作基準(zhǔn)準(zhǔn)。氫原子鐘短期穩(wěn)定度高高：10-14~10-15，但準(zhǔn)確度較較低（10-12）。4.2.2石石英晶體振振蕩器電子計(jì)數(shù)器內(nèi)部時(shí)間、頻頻率基準(zhǔn)采用石英晶體振蕩蕩器（簡(jiǎn)稱““晶振”）為基準(zhǔn)信號(hào)源源?；趬弘娦?yīng)應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的的頻率輸出。。但是晶振頻頻率易受溫度影響響（其頻率-溫溫度特性曲線線有拐點(diǎn)，在在拐點(diǎn)處最平平坦），普通通晶體頻率準(zhǔn)準(zhǔn)確度為10-5。采用溫度補(bǔ)償償或恒溫措施施（恒定在拐點(diǎn)點(diǎn)處的溫度））可得到高穩(wěn)穩(wěn)定、高準(zhǔn)確確的頻率輸出出。下圖為恒溫晶晶振的組成。。1）組成2）指標(biāo)◆晶體振蕩器器的主要指標(biāo)標(biāo)有:輸出頻率:1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。日波動(dòng):2××10-10；日老化:1×10-10；秒穩(wěn):5××10-12。輸出波形:正正弦波；輸出出幅度:0.5Vrms(負(fù)載50Ω)。◆幾種不同類類型的晶體振振蕩器指標(biāo)晶振類型輸出頻率(MHz)日穩(wěn)定度準(zhǔn)確度普通1，1010-5~10-610-5溫度補(bǔ)償1，5，1010-6~10-710-6單恒溫槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8雙恒溫槽2.5，5，1010-9~10-11優(yōu)于10-84.3時(shí)間間和頻率的測(cè)測(cè)量原理4.3.1模模擬測(cè)量原原理1）直接法2）比較法4.3.2數(shù)數(shù)字測(cè)量原原理1）門控計(jì)數(shù)數(shù)法測(cè)量原理理2）通用計(jì)數(shù)數(shù)器的基本組組成4.3.1模模擬測(cè)量原原理1）直接法直接法是利用用電路的某種種頻率響應(yīng)特特性來(lái)測(cè)量頻頻率值，其又又可細(xì)分為諧振法和電橋橋法兩種。（1）諧振法：調(diào)節(jié)可變電容容器C使回路路發(fā)生諧振，此時(shí)回路電電流達(dá)到最大大(高頻電壓壓表指示)，，則可測(cè)量1500MHz以下的頻率，準(zhǔn)確確度±(0.25～1)%。(2）電橋法：利用電橋的平平衡條件和頻頻率有關(guān)的特特性來(lái)進(jìn)行頻頻率測(cè)量,通通常采用如下下圖所示的文氏電橋來(lái)進(jìn)行測(cè)量。。調(diào)節(jié)R1、R2使電橋達(dá)到平平衡，則有令平衡條件表表達(dá)式兩端實(shí)實(shí)虛部分別相相等，得到：：和于是，被測(cè)信信號(hào)頻率為：：通常取R1=R2=R,C1=C2=C，則測(cè)量準(zhǔn)確度：受橋路中各元元件的精確度度、判斷電橋橋平衡的準(zhǔn)確確程度（取決決于橋路諧振振特性的尖銳銳度即指示器器的靈敏度））和被測(cè)信號(hào)號(hào)的頻譜純度度的限制，準(zhǔn)準(zhǔn)確度不高，，一般約為±(0.5～～1)%。2）比較法◆基本原理利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測(cè)量頻率率fx進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量頻率。。有拍頻法、外差差法、示波法法以及計(jì)數(shù)法法等。數(shù)學(xué)模型為：：◆拍頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與與被測(cè)頻率疊加，由指示器（（耳機(jī)或電壓壓表）指示。。適于音頻測(cè)量（很少用）。?！敉獠罘ǎ簩?biāo)準(zhǔn)頻率與與被測(cè)頻率混頻，取出差頻并并測(cè)量?？蓽y(cè)測(cè)量范圍達(dá)幾十MHz（外差式頻率率計(jì)）?！羰静ǚǎ豪钌秤龍D形法法：將fx和fs分別接到示波波器Y軸和X軸（X-Y圖示方式）），當(dāng)fx＝fs時(shí)顯示為斜線線（橢圓或園園）；測(cè)周期法：直接根據(jù)顯顯示波形由X通道掃描速率得到周期，進(jìn)進(jìn)而得到頻率率。4.3.2數(shù)數(shù)字測(cè)量原原理1）門控計(jì)數(shù)數(shù)法測(cè)量原理理◆時(shí)間、頻率率量的特點(diǎn)頻率是在時(shí)間軸上上無(wú)限延伸的的，因此，對(duì)頻頻率量的測(cè)量量需確定一個(gè)個(gè)取樣時(shí)間T，在該時(shí)間內(nèi)內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)號(hào)的周期累加加計(jì)數(shù)(若計(jì)數(shù)值為N)，根據(jù)fx=N/T得到頻率值。。為實(shí)現(xiàn)時(shí)間（這里指時(shí)間間間隔）的數(shù)數(shù)字化測(cè)量，，需將被測(cè)時(shí)時(shí)間按盡可能能小的時(shí)間單位（稱稱為時(shí)標(biāo)）進(jìn)行量化，通通過(guò)累計(jì)被測(cè)時(shí)間間內(nèi)所包含的的時(shí)間單位數(shù)數(shù)（計(jì)數(shù)）得到?！魷y(cè)量原理將需累加計(jì)數(shù)數(shù)的信號(hào)（頻頻率測(cè)量時(shí)為為被測(cè)信號(hào)，，時(shí)間測(cè)量時(shí)時(shí)為時(shí)標(biāo)信號(hào)號(hào)），由一個(gè)個(gè)“閘門”（主主門）控制，并由一一個(gè)“門控”信號(hào)控制閘門門的開(kāi)啟（計(jì)計(jì)數(shù)允許）與與關(guān)閉（計(jì)數(shù)數(shù)停止）。4.3.2數(shù)數(shù)字測(cè)量原原理閘門可由一個(gè)與（或““或”）邏輯輯門電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。這種測(cè)量方方法稱為門控計(jì)數(shù)法。其原理如下下圖所示。上圖為由“與與”邏輯門作作為閘門，其其門控信號(hào)為為‘1’時(shí)閘閘門開(kāi)啟（允允許計(jì)數(shù)），，為‘0’時(shí)時(shí)閘門關(guān)閉（（停止計(jì)數(shù)））?！魷y(cè)頻時(shí)，閘門門開(kāi)啟時(shí)間（（稱為“閘門時(shí)間””）即為采樣時(shí)時(shí)間。測(cè)時(shí)間（間隔隔）時(shí)，閘門門開(kāi)啟時(shí)間即即為被測(cè)時(shí)間。2）通用計(jì)數(shù)數(shù)器的基本組組成通用電子計(jì)數(shù)數(shù)器的組成框框圖如下圖所所示：2）通用計(jì)數(shù)數(shù)器的基本組組成通用計(jì)數(shù)器包包括如下幾個(gè)個(gè)部分輸入通道：通常有A、、B、C多個(gè)個(gè)通道，以實(shí)實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)測(cè)量功能。輸輸入通道電路路對(duì)輸入信號(hào)號(hào)進(jìn)行放大、整形等等（但保持頻率率不變），得得到適合計(jì)數(shù)數(shù)的脈沖信號(hào)號(hào)。通過(guò)預(yù)定標(biāo)器還可擴(kuò)展頻率測(cè)量量范圍。主門電路：完成計(jì)數(shù)的的閘門控制作用。計(jì)數(shù)與顯示電電路：計(jì)數(shù)電路是是通用計(jì)數(shù)器器的核心電路，完成脈沖計(jì)計(jì)數(shù)；顯示電電路將計(jì)數(shù)結(jié)結(jié)果（反映測(cè)測(cè)量結(jié)果）以以數(shù)字方式顯顯示出來(lái)。時(shí)基產(chǎn)生電路路：產(chǎn)生機(jī)內(nèi)時(shí)間、頻頻率測(cè)量的基基準(zhǔn)，即時(shí)間測(cè)量量的時(shí)標(biāo)和頻頻率測(cè)量的閘閘門信號(hào)?？刂齐娐罚嚎刂茀f(xié)調(diào)整機(jī)機(jī)工作，即準(zhǔn)備測(cè)量顯示示。4.4電子子計(jì)數(shù)器的組組成原理和測(cè)測(cè)量功能4.4.1電電子計(jì)數(shù)器器的組成1）A、B輸輸入通道2）主門電路路3）計(jì)數(shù)與顯顯示電路4）時(shí)基產(chǎn)生生電路5）控制電路路4.4.2電電子計(jì)數(shù)器器的測(cè)量功能能1）頻率測(cè)量量2）頻率比測(cè)測(cè)量3）周期測(cè)量量4）時(shí)間間隔隔測(cè)量5）自檢4.4.1電電子計(jì)數(shù)器器的組成組成原理框圖圖數(shù)字顯示器寄存器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

A通道(放大、整形)B通道(放大、整形)主門功能開(kāi)關(guān)閘門選擇、周期倍乘÷10÷10÷10÷1010s(×104)1s(×103)100ms(×102)10ms(×10)1ms(×1)

時(shí)標(biāo)選擇12345332112445時(shí)基部分×10×10÷10÷10÷101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制時(shí)序電路開(kāi)門鎖存復(fù)位控制時(shí)序電路波形1）A、B輸輸入通道◆作用：它們主要由放放大/衰減、、濾波、整形形、觸發(fā)（包包括出發(fā)電平平調(diào)節(jié)）等單單元電路構(gòu)成成。其作用是是對(duì)輸入信號(hào)處處理以產(chǎn)生符符合計(jì)數(shù)要求求（波形、幅幅度）的脈沖沖信號(hào)。通過(guò)預(yù)定標(biāo)器（外插件）還還可擴(kuò)展頻率測(cè)量量范圍。◆斯斯密密特特觸觸發(fā)發(fā)電電路路：：利用用斯密密特特觸觸發(fā)發(fā)器器的回差差特特性性，對(duì)對(duì)輸輸入入信信號(hào)號(hào)具具有有較較好好的的抗抗干干擾擾作作用用。。1））A、、B輸輸入入通通道道通道道組組合合可可完完成成不不同同的的測(cè)測(cè)量量功功能能：：被計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)的的信信號(hào)號(hào)（（常常從從A通通道道輸輸入入））稱稱為為計(jì)數(shù)數(shù)端端；控控制制閘閘門門開(kāi)開(kāi)啟啟的的信信號(hào)號(hào)通通道道（（常常從從B、、C通通道道輸輸入入））稱稱為為控制制端端。從計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)端端輸輸入入的的信信號(hào)號(hào)有有：：被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)(fx);內(nèi)內(nèi)部部時(shí)時(shí)標(biāo)標(biāo)信信號(hào)號(hào)等等;從控控制制端端輸輸入入的的信信號(hào)號(hào)有有：：閘閘門門信信號(hào)號(hào)；；被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)(Tx)等等；；序號(hào)計(jì)數(shù)端信號(hào)控制端信號(hào)測(cè)試功能計(jì)數(shù)結(jié)果1內(nèi)時(shí)鐘（T0）內(nèi)時(shí)鐘（T）自檢N=T/T02被測(cè)信號(hào)（fx）內(nèi)時(shí)鐘（T）測(cè)量頻率（A）fx＝N/T3內(nèi)時(shí)鐘（T0）被測(cè)周期（Tx）測(cè)量周期（B）Tx＝NT04被測(cè)信號(hào)（fA）被測(cè)信號(hào)（fB）測(cè)量頻率比（A/B）fA/fB=N5內(nèi)時(shí)鐘（T0）被測(cè)信號(hào)相應(yīng)間隔tB-C測(cè)量時(shí)間間隔（A-B）tB-C=NT06外輸入（TA）被測(cè)信號(hào)相應(yīng)間隔tB-C測(cè)量外控時(shí)間間隔B-CtB-C=NTA7外待測(cè)信號(hào)（Nx）手控或遙控累加計(jì)數(shù)（A）Nx＝N8內(nèi)時(shí)鐘（秒信號(hào)）手控或遙控計(jì)時(shí)N（秒）2））主主門門電電路路◆功能能：：主門門也稱稱為為閘門門，通通過(guò)過(guò)““門門控控信信號(hào)號(hào)””控控制制進(jìn)進(jìn)入入計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器的的脈脈沖沖，，使使計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器只只對(duì)對(duì)預(yù)預(yù)定定的的““閘閘門門時(shí)時(shí)間間””之之內(nèi)內(nèi)的的脈脈沖沖計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)。?！綦娐仿罚海河伞啊芭c與門門””或或““或或門門””構(gòu)構(gòu)成成。。其其原原理理如如下下圖圖：：◆由“與與門門””構(gòu)構(gòu)成成的的主主門門，，其其““門門控控信信號(hào)號(hào)””為為‘‘1’’時(shí)時(shí)，，允允許許計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖通通過(guò)過(guò)；；由“或或門門””構(gòu)構(gòu)成成的的主主門門，，其其““門門控控信信號(hào)號(hào)””為為‘‘0’’時(shí)時(shí)，，允允許許計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖通通過(guò)過(guò)。?！簟伴T門控控信信號(hào)號(hào)””還還可可手動(dòng)動(dòng)操操作作得到到，，如如實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)手手動(dòng)動(dòng)累累加加計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)。。3））計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)與與顯顯示示電電路路◆功功能能：：計(jì)數(shù)數(shù)電電路路對(duì)通通過(guò)過(guò)主主門門的的脈脈沖沖進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)（（計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)值值代代表表了了被被測(cè)測(cè)頻頻率率或或時(shí)時(shí)間間）），，并并通通過(guò)過(guò)數(shù)碼碼顯顯示示器器將測(cè)量量結(jié)結(jié)果果直直觀觀地地顯顯示示出出來(lái)來(lái)。。為了了便便于于觀觀察察和和讀讀數(shù)數(shù)，，通通常常使使用用十進(jìn)進(jìn)制制計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)電電路路。◆計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)電電路路的的重重要要指指標(biāo)標(biāo)：：最高高計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)頻頻率率。計(jì)數(shù)數(shù)電電路路一一般般由由多多級(jí)級(jí)雙雙穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)電電路路構(gòu)構(gòu)成成，，受受內(nèi)內(nèi)部部狀狀態(tài)態(tài)翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的時(shí)時(shí)間間限限制制，，使使計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)電電路路存存在在最高高計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)頻頻率率的的限限制制。而而且且對(duì)對(duì)多多位位計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器，，最最高高計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)頻頻率率主主要要由由個(gè)位計(jì)數(shù)數(shù)器決定?！舨煌婋娐肪哂杏胁煌牡墓ぷ魉偎俣龋喝?4LS（74HC）系列列為30~40MHz；74S系列為為100MHz；CMOS電路路約5MHz；ECL電路可可達(dá)600MHz。3）計(jì)數(shù)數(shù)與顯示示電路類型：?jiǎn)螁纹沙膳c可編編程計(jì)數(shù)數(shù)器單片集成成的中小小規(guī)模IC如：：74LS90（MC11C90））十進(jìn)制制計(jì)數(shù)器器；74LS390、、CD4018(MC14018)為雙十十進(jìn)制計(jì)計(jì)數(shù)器。。可編程計(jì)計(jì)數(shù)器IC如：：Intel8253/8254等等。顯示器LED、、LCD、熒熒光（VFD））等。顯示電路路：包括鎖存存、譯碼碼、驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路。。如74LS47、CD4511等。。專用計(jì)數(shù)數(shù)與顯示示單元電電路：如ICM7216D。4）時(shí)基基產(chǎn)生電電路◆功能：：產(chǎn)生測(cè)頻頻時(shí)的““門控信信號(hào)”（（多檔閘閘門時(shí)間間可選））及時(shí)間間測(cè)量時(shí)時(shí)的“時(shí)時(shí)標(biāo)”信信號(hào)（多多檔可選選）?！魧?shí)現(xiàn)：：由內(nèi)部晶體振蕩蕩器（也可外外接），，通過(guò)倍頻或分分頻得到。再再通過(guò)門控控雙穩(wěn)態(tài)態(tài)觸發(fā)器器得到““門控信信號(hào)”。如，若fc=1MHz,經(jīng)106分頻后，，可得到到fs=1Hz(周期Ts=1s)的時(shí)基信信號(hào)，經(jīng)經(jīng)過(guò)門控雙穩(wěn)穩(wěn)態(tài)電路路得到寬度為為Ts=1s的的門控信號(hào)號(hào)。4）時(shí)基基產(chǎn)生電電路◆要求：：標(biāo)準(zhǔn)性：“門門控信號(hào)號(hào)”和““時(shí)標(biāo)””作為計(jì)計(jì)數(shù)器頻頻率和時(shí)時(shí)間測(cè)量量的本地地工作基基準(zhǔn)，應(yīng)應(yīng)當(dāng)具有有高穩(wěn)定定度和高高準(zhǔn)確度度。多值性：為了適適應(yīng)計(jì)數(shù)數(shù)器較寬寬的測(cè)量量范圍，，要求““閘門時(shí)時(shí)間”和和“時(shí)標(biāo)標(biāo)”可多多檔選擇擇。常用“閘閘門時(shí)間間”有：：1ms、、10ms、100ms、1s、10s。。常用的““時(shí)標(biāo)””有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。5）控制制電路◆功能：：產(chǎn)生各種種控制信信號(hào)，控控制、協(xié)協(xié)調(diào)各電電路單元元的工作作，使整整機(jī)按“復(fù)零－－測(cè)量－－顯示””的工作程程序完成成自動(dòng)測(cè)測(cè)量的任任務(wù)。如如下圖所所示：準(zhǔn)備期（復(fù)零，等待）

測(cè)量期（開(kāi)門，計(jì)數(shù)）

顯示期（關(guān)門，停止計(jì)數(shù)）4.4.2電電子計(jì)數(shù)數(shù)器的測(cè)測(cè)量功能能1）頻率率測(cè)量◆原理：：計(jì)數(shù)器器嚴(yán)格按按照的的定定義實(shí)現(xiàn)現(xiàn)頻率測(cè)測(cè)量。根據(jù)上式式的頻率率定義，，T為采采樣時(shí)間間，N為為T內(nèi)的的周期數(shù)數(shù)。采樣樣時(shí)間T預(yù)先由由閘門時(shí)時(shí)間Ts確定（（時(shí)基頻頻率為fs）。。則或該式表明明，在數(shù)數(shù)字化頻頻率測(cè)量量中，可可用計(jì)數(shù)值值N表示示fx。它體現(xiàn)現(xiàn)了數(shù)字字化頻率率測(cè)量的的比較法測(cè)測(cè)量原理理。◆例如：：閘門時(shí)間間Ts=1s，，若計(jì)數(shù)數(shù)值N=10000，，則顯示示的fx為“10000”Hz，或或“10.000”kHz。如閘門門時(shí)間Ts=0.1s，則計(jì)計(jì)數(shù)值N=1000，，則顯示示的fx為“10.00””kHz。請(qǐng)注意：：顯示結(jié)果果的有效效數(shù)字末末位的意義，，它表示了頻頻率測(cè)量量的分辨辨力（應(yīng)應(yīng)等于時(shí)時(shí)基頻率率fs））。1）頻率率測(cè)量原理框圖圖和工作作波形圖圖（fx由A通通道輸入入，內(nèi)部部時(shí)基））為便于測(cè)測(cè)量和顯顯示，計(jì)計(jì)數(shù)器通通常為十進(jìn)制計(jì)計(jì)數(shù)器，多檔閘門時(shí)間間設(shè)定為為10的的冪次方方，這樣可可直接顯顯示計(jì)數(shù)數(shù)結(jié)果，，并通過(guò)過(guò)移動(dòng)小小數(shù)點(diǎn)和和單位的的配合，，就可得得到被測(cè)測(cè)頻率。。測(cè)量速度度與分辨辨力：閘門時(shí)時(shí)間Ts為頻率率測(cè)量的的采樣時(shí)時(shí)間，Ts愈大大，則測(cè)測(cè)量時(shí)間間愈長(zhǎng)，，但計(jì)數(shù)數(shù)值N愈愈大，分分辨力愈愈高。TB放大、整形閘門門控電路計(jì)數(shù)顯示Afx分頻電路時(shí)基Ts4.4.2電電子計(jì)數(shù)數(shù)器的測(cè)測(cè)量功能能2）頻率率比的測(cè)測(cè)量◆原理：：實(shí)際上上，前述述頻率測(cè)測(cè)量的比比較測(cè)量量原理就就是一種種頻率比比的測(cè)量量：fx對(duì)fs的頻頻率比。據(jù)此，若若要測(cè)量量fA對(duì)fB的頻率比比（假設(shè)設(shè)fA>fB），只要要用fB的周期TB作為閘門門，在TB時(shí)間內(nèi)對(duì)對(duì)fA作周期計(jì)計(jì)數(shù)即可可?！舴椒ǎ海篺A對(duì)fB分別由A、B兩兩通道輸輸入，如如下圖。?！糇⒁猓侯l率較高高者由A通道輸輸入，頻頻率較低低者由B通道輸輸入?！籼岣哳l率率比的測(cè)測(cè)量精度度：擴(kuò)展B通通道信號(hào)號(hào)的周期期個(gè)數(shù)。例如：以以B通道道信號(hào)的的10個(gè)個(gè)周期作作為閘門門信號(hào)，，則計(jì)數(shù)數(shù)值為：：,即即計(jì)數(shù)值值擴(kuò)大了了10倍倍，相應(yīng)應(yīng)的測(cè)量量精度也也就提高高了10倍。為為得到真真實(shí)結(jié)果果，需將將計(jì)數(shù)值值N縮小小10倍倍（小數(shù)數(shù)點(diǎn)左移移1位）），即◆應(yīng)用：可方便地地測(cè)得電電路的分分頻或倍倍頻系數(shù)數(shù)。2）頻率率比的測(cè)測(cè)量3）周期期的測(cè)量量◆原理：：“時(shí)標(biāo)計(jì)計(jì)數(shù)法””周期測(cè)量量。對(duì)被測(cè)周周期Tx，用已已知的較較小單位位時(shí)間刻刻度T0（“時(shí)標(biāo)標(biāo)”）去去量化，，由Tx所包含含的“時(shí)時(shí)標(biāo)”數(shù)數(shù)N即可可得到Tx。即即該式表明明，“時(shí)標(biāo)””的計(jì)數(shù)數(shù)值N可可表示周周期Tx。也體現(xiàn)現(xiàn)了時(shí)間間間隔（（周期））的比較測(cè)量量原理。◆實(shí)現(xiàn)：：由Tx得到到閘門；在Tx內(nèi)計(jì)數(shù)數(shù)器對(duì)時(shí)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)數(shù)?！猅x由B通通道輸入入，內(nèi)部部時(shí)標(biāo)信信號(hào)由A通道輸輸入（A通道外外部輸入入斷開(kāi)））。4.4.2電電子計(jì)數(shù)數(shù)器的測(cè)測(cè)量功能能◆原理框框圖：◆例如：：時(shí)標(biāo)T0=1us，若計(jì)計(jì)數(shù)值N=10000，則顯顯示的Tx為““10000””us，，或“10.000”ms。如時(shí)標(biāo)標(biāo)T0=10us，則則計(jì)數(shù)值值N=1000，顯示示的Tx為“10.00””ms。請(qǐng)注意：：顯示結(jié)果果的有效效數(shù)字末末位的意義，，它表示了周周期測(cè)量量的分辨辨力（應(yīng)應(yīng)等于時(shí)時(shí)標(biāo)T0）。為便于于顯示，，多檔時(shí)標(biāo)設(shè)定定為10的冪次次方?！魷y(cè)量速度度與分辨辨力：一次測(cè)量量時(shí)間即即為一個(gè)個(gè)周期Tx，Tx愈大大(頻率率愈低)則測(cè)量量時(shí)間愈愈長(zhǎng)；計(jì)計(jì)數(shù)值N與時(shí)標(biāo)標(biāo)有關(guān)，，時(shí)標(biāo)愈愈小分辨辨力愈高高。3）周期期的測(cè)量量4）時(shí)間間間隔的的測(cè)量◆時(shí)間間隔隔：指兩個(gè)時(shí)刻刻點(diǎn)之間的時(shí)時(shí)間段。。在測(cè)量技技術(shù)中，，兩個(gè)時(shí)時(shí)刻點(diǎn)通通常由兩個(gè)事件件確定。如如，一個(gè)個(gè)周期信號(hào)號(hào)的兩個(gè)個(gè)同相位位點(diǎn)（如過(guò)零零點(diǎn)）所所確定的的時(shí)間間間隔即為為周期。?！魞蓚€(gè)事件件的例子及及測(cè)量參數(shù)數(shù)還有：同一信號(hào)號(hào)波形上上兩個(gè)不不同點(diǎn)之之間脈沖信信號(hào)參數(shù)數(shù)；兩個(gè)信號(hào)號(hào)波形上上，兩點(diǎn)點(diǎn)之間相位差差的測(cè)量量；手動(dòng)觸發(fā)發(fā)定時(shí)、、累加計(jì)計(jì)數(shù)?！魷y(cè)量方法法：由兩個(gè)事件件觸發(fā)得到到起始信號(hào)號(hào)和終止止信號(hào)，經(jīng)過(guò)門門控雙穩(wěn)穩(wěn)態(tài)電路路得到“門控信信號(hào)”，門控時(shí)時(shí)間即為為被測(cè)的的時(shí)間間間隔。在在門控時(shí)時(shí)間內(nèi)，，仍采用“時(shí)標(biāo)計(jì)計(jì)數(shù)”方法測(cè)量（即即所測(cè)時(shí)時(shí)間間隔隔由“時(shí)時(shí)標(biāo)”量量化）。。4.4.2電電子計(jì)數(shù)數(shù)器的測(cè)測(cè)量功能能4）時(shí)間間間隔的的測(cè)量原理框圖圖欲測(cè)量時(shí)時(shí)間間隔隔的起始始、終止止信號(hào)分分別由B、C通通道輸入。時(shí)時(shí)標(biāo)由機(jī)機(jī)內(nèi)提供供。如下下圖?！粲|發(fā)極性性選擇和觸發(fā)電平平調(diào)節(jié)：為增加加測(cè)量的的靈活性性，B、、C輸入入通道都都設(shè)置有有觸發(fā)極極性(+、-)和觸發(fā)發(fā)電平調(diào)調(diào)節(jié)，以以完成各各種時(shí)間間間隔的的測(cè)量。。如下圖圖的脈沖沖參數(shù)測(cè)測(cè)量。VBVc起始停止開(kāi)門時(shí)間C＋(50%)B＋(50%)起始停止開(kāi)門時(shí)間VBVcB＋(50%)C-(50%)(50%)－B+(50%)

C+(50%)

－(50%)

C＋(90%)閘門信號(hào)關(guān)門信號(hào)開(kāi)門信號(hào)B＋(10%)4）時(shí)間間間隔的的測(cè)量4）時(shí)間間間隔的的測(cè)量相位差的的測(cè)量利用時(shí)間間間隔的的測(cè)量，，可以測(cè)測(cè)量?jī)蓚€(gè)個(gè)同頻率率的信號(hào)號(hào)之間的的相位差差。兩個(gè)信號(hào)號(hào)分別由由B、C通道輸輸入，并并選擇相相同的觸觸發(fā)極性性和觸發(fā)發(fā)電平。。測(cè)量原理理如下圖圖：為減小測(cè)測(cè)量誤差差，分別別取+、-觸觸發(fā)極性性作兩次次測(cè)量，，得到t1、t2再取平均均，則4.4.2電電子計(jì)數(shù)數(shù)器的測(cè)測(cè)量功能能5）自檢檢（自校校）◆功能：：檢驗(yàn)儀器器內(nèi)部電電路及邏邏輯關(guān)系系是否正正常?！魧?shí)現(xiàn)方方法：為判斷自自檢結(jié)果果是否正正確，該該結(jié)果應(yīng)應(yīng)該在自自檢實(shí)施施前即是是已知的的。為此此，用機(jī)內(nèi)的的時(shí)基Ts（閘閘門信號(hào)號(hào)）對(duì)時(shí)時(shí)標(biāo)T0計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)數(shù)結(jié)果應(yīng)應(yīng)為：◆自檢的的方框圖圖：◆例如：：若選擇Ts=10ms,T0=1us,則自自檢顯示示應(yīng)穩(wěn)定在N=10000?！糇詸z不能檢測(cè)測(cè)內(nèi)部基基準(zhǔn)源。放大、整形晶振放大、整形閘門計(jì)數(shù)器顯示門控電路分頻電路T0Tx4.5電電子計(jì)計(jì)數(shù)器的的測(cè)量誤誤差4.5.1測(cè)測(cè)量誤差差的來(lái)源源1）量化化誤差；；2）觸發(fā)發(fā)誤差；；3）標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)頻率率誤差4.5.2頻頻率測(cè)量量的誤差差分析1）誤差差表達(dá)式式；2））量化誤誤差的影影響；3）實(shí)例例分析4.5.3周周期測(cè)量量的誤差差分析1）誤差差表達(dá)式式；2）量化化誤差的的影響；；3）中界界頻率；；4）觸發(fā)發(fā)誤差4.5.1測(cè)測(cè)量誤差差的來(lái)源源1）量化化誤差◆什么是是量化誤誤差：由前述頻頻率測(cè)量量fx=N/Ts=Nfs和周期測(cè)測(cè)量Tx=NT0，可見(jiàn)，，由于計(jì)數(shù)數(shù)值N為為整數(shù)，fx和和Tx必必然產(chǎn)生生“截?cái)嗾`誤差”，該誤差差即為“量化誤誤差”。也稱為為“±1誤誤差”，它是所所有數(shù)字字化儀器器都存在在的誤差差?！舢a(chǎn)生原原因：量化誤差差并非由由于計(jì)數(shù)數(shù)值N的的不準(zhǔn)確確（也并并非標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率源源fs或或時(shí)標(biāo)T0的不準(zhǔn)確確）造成成。而是是由于閘門開(kāi)啟啟和關(guān)閉閉的時(shí)間間與被測(cè)測(cè)信號(hào)不不同步引引起（亦即開(kāi)開(kāi)門和關(guān)關(guān)門時(shí)刻刻與被測(cè)測(cè)信號(hào)出出現(xiàn)的時(shí)時(shí)刻是隨隨機(jī)的）），使得得在閘門門開(kāi)始和和結(jié)束時(shí)時(shí)刻有一一部分時(shí)間零頭頭沒(méi)有被計(jì)計(jì)算在內(nèi)內(nèi)而造成成的測(cè)量量誤差。?！粝聢D為頻頻率測(cè)量量時(shí)量化化誤差的的示意圖。。1）量化化誤差如圖，，對(duì)同同一被被測(cè)信信號(hào)，，在相相同的的閘門門時(shí)間間內(nèi)，，計(jì)數(shù)數(shù)結(jié)果果不同同。根根據(jù)頻頻率定定義，，準(zhǔn)確確的fx應(yīng)應(yīng)為式中，，即，或或因此，，量化化誤差差的影影響相相當(dāng)于于計(jì)數(shù)數(shù)值N的““±””個(gè)字字。◆是隨機(jī)機(jī)的，，它們們服從均均勻分分布，，其差差值則服從從三角角分布布。4.5.1測(cè)測(cè)量誤誤差的的來(lái)源源2）觸觸發(fā)誤誤差◆什么么是觸發(fā)誤誤差：輸入信信號(hào)都都需經(jīng)經(jīng)過(guò)通通道電電路放放大、、整形形等，，得到到脈沖沖信號(hào)號(hào)，即即輸入信信號(hào)(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為為)脈脈沖信信號(hào)。這種轉(zhuǎn)換要要求只只對(duì)信信號(hào)幅幅值和和波形形變換換，不不能改改變其其頻率率。但是是，若若輸入入被測(cè)測(cè)信號(hào)號(hào)疊加有有干擾擾信號(hào)號(hào)，則信信號(hào)的的頻率率（周周期））及相相對(duì)閘閘門信信號(hào)的的觸發(fā)發(fā)點(diǎn)就就可能能變化化。由由此產(chǎn)產(chǎn)生的的測(cè)量量誤差差稱為為“觸發(fā)發(fā)誤差差”，也稱稱為“轉(zhuǎn)換換誤差差”?！羧鐖D。。周期期為Tx的輸入信號(hào)號(hào)，觸觸發(fā)電電平在在A1點(diǎn)，但但在A1’點(diǎn)上上有干擾信信號(hào)(幅度度Vn)。提前觸觸發(fā),周期期TxTx’。4.5.1測(cè)測(cè)量誤誤差的的來(lái)源源3）標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)頻頻率誤誤差機(jī)內(nèi)時(shí)時(shí)基（（閘門門時(shí)間間）和和時(shí)標(biāo)標(biāo)是頻頻率和和時(shí)間間間隔隔測(cè)量量的參參考基基準(zhǔn)，，它們們由內(nèi)內(nèi)部晶晶體振振蕩器器（標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)頻頻率源源）分分頻或或倍頻頻后產(chǎn)產(chǎn)生。。因此此，其其準(zhǔn)確度度和測(cè)測(cè)量時(shí)時(shí)間之之內(nèi)的的短期期穩(wěn)定定度將直接接影響響測(cè)量量結(jié)果果。通常，，要求求標(biāo)準(zhǔn)頻頻率誤誤差小小于測(cè)測(cè)量誤誤差的的一個(gè)個(gè)數(shù)量量級(jí)。因此，，內(nèi)部部晶振振要求求較高高穩(wěn)定定性。。若不能能滿足足測(cè)量量要求求，還還可外外接更更高準(zhǔn)準(zhǔn)確度度的外部基基準(zhǔn)源源。4.5.2頻頻率測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析1）誤誤差表表達(dá)式式◆由頻率率測(cè)量量表達(dá)達(dá)式：：fx=N/Ts=Nfs，，計(jì)數(shù)數(shù)器直直接測(cè)測(cè)頻的的誤差差主要要由兩兩項(xiàng)組組成：：即量量化誤誤差（（±1誤差差）和和標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率率誤差差?？偪傉`差差采用用分項(xiàng)項(xiàng)誤差差絕對(duì)對(duì)值合合成，，即:式中，，即為±±1誤誤差，，其最最大值值為,而而由于fs由由晶振振(fc)分頻頻得到到，設(shè)設(shè)fs=fc/k，，則于是，，頻率率測(cè)量量的誤誤差表表達(dá)式式可寫(xiě)寫(xiě)成：：1）誤誤差表表達(dá)式式誤差曲曲線分析：：誤差曲曲線直直觀地地表示示了測(cè)頻誤誤差與與被測(cè)測(cè)頻率率fx和閘閘門時(shí)時(shí)間Ts的的關(guān)系系。fx愈大大則誤誤差愈愈小，，閘門門時(shí)間間愈大大誤差差也愈愈小，，并且且，測(cè)測(cè)頻誤誤差以以標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率率誤差差為極極限。。4.5.2頻頻率測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析2）量量化誤誤差的的影響響◆從頻率率測(cè)量量的誤誤差表表達(dá)式式：可知，，量化化誤差差為它是頻頻率測(cè)測(cè)量的的主要要誤差差（標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)頻頻率誤誤差一一般可可忽略略）。。為減小小量化化誤差差，需需增大大計(jì)數(shù)數(shù)值N：增大閘閘門時(shí)時(shí)間Ts或在相相同的的閘門門時(shí)間間內(nèi)測(cè)測(cè)量較高的的頻率率可得到到較大大的N。◆但需需注意意：增大閘閘門時(shí)時(shí)間將將降低低測(cè)量速速度，并且且計(jì)數(shù)數(shù)值的的增加加不應(yīng)應(yīng)超過(guò)過(guò)計(jì)數(shù)數(shù)器的的計(jì)數(shù)容容量，否則則將產(chǎn)產(chǎn)生溢溢出（（高位位無(wú)法法顯示示）。。例如：：一個(gè)6位的的計(jì)數(shù)數(shù)器，，最大大顯示示為999999，，當(dāng)用用Ts=10s的閘閘門測(cè)測(cè)量fx=1MHz時(shí),應(yīng)顯顯示““1000000.0””Hz或1.0000000”MHz,顯然然溢出出。4.5.2頻頻率測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析3）實(shí)實(shí)例分分析[例]被被測(cè)頻頻率fx＝1MHz，選選擇閘閘門時(shí)時(shí)間Ts＝1s，則則由±±1誤誤差產(chǎn)產(chǎn)生的的測(cè)頻頻誤差差(不不考慮慮標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率率誤差差)為為：若Ts增加為為10s，，則計(jì)計(jì)數(shù)值值增加加10倍，，相應(yīng)應(yīng)的測(cè)測(cè)頻誤誤差也也降低低10倍，，為±±1××10－7，但測(cè)測(cè)量時(shí)時(shí)間將將延長(zhǎng)長(zhǎng)10倍。。注意：：該例例中，，當(dāng)選選擇閘閘門時(shí)時(shí)間Ts＝1s時(shí)，，要求求標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率率誤差差優(yōu)于于±1×10－7（即比比量化化誤差差高一一個(gè)數(shù)數(shù)量級(jí)級(jí)），，否則則，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)頻頻率誤誤差在在總測(cè)測(cè)量誤誤差中中不能能忽略略。4.5.3周周期測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析1）誤誤差表表達(dá)式式◆由測(cè)周周的基基本表表達(dá)式式：根據(jù)誤誤差合合成公公式，，可得得：式中，，和和分分別別為量量化誤誤差和和時(shí)標(biāo)標(biāo)周期期誤差差。由(Tc為晶晶振周周期，，k為為倍頻頻或分分頻比比)，，有：而計(jì)數(shù)數(shù)值N為：：所以，，4.5.3周周期測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析2）量量化誤誤差的的影響響◆由測(cè)周周的誤誤差表表達(dá)式式：其中，，第一一項(xiàng)即即為量化誤誤差。它表表示Tx愈愈大（（被測(cè)測(cè)信號(hào)號(hào)的頻頻率愈愈低）），則則量化化誤差差愈小小，其其意義義為Tx愈愈大則則計(jì)入入的時(shí)時(shí)標(biāo)周周期數(shù)數(shù)N愈愈大。。另外外，晶晶振的的分頻頻系數(shù)數(shù)k愈愈小，，則時(shí)時(shí)標(biāo)周周期愈愈小，，在相相同的的Tx內(nèi)計(jì)計(jì)數(shù)值值愈大大。此外，，第二二項(xiàng)為為標(biāo)準(zhǔn)頻頻率誤誤差，通常常也要要求小小于測(cè)測(cè)量誤誤差的的一個(gè)個(gè)數(shù)量量級(jí)，，這時(shí)時(shí)就可可作為為微小小誤差差不予予考慮慮?！魹闇p小小量化化誤差差，應(yīng)應(yīng)增加加計(jì)數(shù)數(shù)值N，但但也需需注意意不可可使其其溢出。例如：：一個(gè)6位的的計(jì)數(shù)數(shù)器，，最大大顯示示為999999,當(dāng)用用T0=1us的的時(shí)標(biāo)標(biāo)測(cè)量量Tx=10s(fx=0.1Hz)時(shí),應(yīng)顯顯示““10000000”us或或“10.000000”s,顯顯然溢溢出。4.5.3周周期測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析3）中中界頻頻率◆測(cè)頻時(shí)時(shí)，被被測(cè)頻頻率fx愈低，，則量量化誤誤差愈愈大；；測(cè)周時(shí)時(shí)，被被測(cè)頻頻率fx愈高，，則量量化誤誤差愈愈大。?？梢?jiàn)，，在測(cè)測(cè)頻與與測(cè)周周之間間，存存在一一個(gè)中中界頻頻率fm，當(dāng)fx>fm時(shí)，應(yīng)應(yīng)采用用測(cè)頻頻；當(dāng)當(dāng)fx<fm時(shí)，應(yīng)應(yīng)采用用測(cè)周周方案案?！糁薪珙l頻率fm的確定定量化誤誤差取取決于于計(jì)數(shù)數(shù)值N，測(cè)測(cè)頻時(shí)時(shí);測(cè)測(cè)周周時(shí)。。令兩式式相等等，并并用Tm表示Tx：：于是，，有：：或或例：若若Ts=1s,T0=1us，，則fm=1kHz,在在該頻頻率上上,測(cè)測(cè)頻與與測(cè)周周的量量化誤誤差相相等。。4.5.3周周期測(cè)測(cè)量的的誤差差分析析4）觸觸發(fā)誤誤差◆頻率測(cè)測(cè)量時(shí)時(shí)觸發(fā)發(fā)誤差差的影影響●尖峰峰脈脈沖沖的的干干擾擾如圖圖，，尖尖峰峰脈脈沖沖只只引起起觸觸發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)的的改改變變，，對(duì)測(cè)測(cè)頻頻影影響響不不大大。?！窀哳l頻疊疊加加干干擾擾如圖圖，，產(chǎn)產(chǎn)生生錯(cuò)錯(cuò)誤誤計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)。?！翊胧┦┰龃蟠笥|觸發(fā)發(fā)窗窗或或減減小小信信號(hào)號(hào)幅幅度度；；輸入入濾濾波波。?！糁芷谄跍y(cè)測(cè)量量時(shí)時(shí)觸觸發(fā)發(fā)誤誤差差的的影影響響●尖峰峰脈脈沖沖周期期測(cè)測(cè)量量時(shí)時(shí)，，尖尖峰峰脈脈沖沖的的干干擾擾對(duì)對(duì)測(cè)測(cè)量量結(jié)結(jié)果果的的影影響響非非常常嚴(yán)嚴(yán)重重。。如如圖圖，，測(cè)測(cè)量量誤誤差差為為：：●分析析設(shè)輸輸入入為為正正弦弦波波：：,干干擾擾幅幅度度為為Vn。對(duì)觸觸發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)A1作切切線線ab，，其其斜斜率率為為則，，可見(jiàn)見(jiàn)，，愈愈小小，，即即觸發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)愈愈陡陡峭峭，，誤誤差差愈愈小小。4））觸觸發(fā)發(fā)誤誤差差4））觸觸發(fā)發(fā)誤誤差差進(jìn)一一步步推推導(dǎo)導(dǎo)觸觸發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)的的斜斜率率，，如如下下：：實(shí)際際中中，，對(duì)對(duì)正正弦弦輸輸入入信信號(hào)號(hào)，，常常選選擇擇過(guò)過(guò)零零點(diǎn)點(diǎn)為為觸觸發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)（（具具有有最最陡陡峭峭的的斜斜率率）），，則則觸觸發(fā)發(fā)點(diǎn)點(diǎn)電電壓壓VB滿足足：：于是是，，有有：：若考考慮慮在在一一個(gè)個(gè)周周期期開(kāi)開(kāi)始始和和結(jié)結(jié)束束時(shí)時(shí)可可能能都都存存在在觸觸發(fā)發(fā)誤誤差差，，分分別別用用表表示示，，并并按按隨隨機(jī)機(jī)誤誤差差的的均均方方根根合合成成，，得得到到：：●結(jié)論論：：測(cè)周周時(shí)時(shí)為為減減小小觸觸發(fā)發(fā)誤誤差差，，應(yīng)應(yīng)提提高高信信噪噪比比。4.6.1多多周周期期同同步步測(cè)測(cè)量量技技術(shù)術(shù)1））倒倒數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器；；2））多多周周期期同同步步法法4.6.2模模擬擬內(nèi)內(nèi)插插法法1））內(nèi)內(nèi)插插法法原原理理；；2））時(shí)時(shí)間間擴(kuò)擴(kuò)展展電電路路4.6.3游游標(biāo)標(biāo)法法4.6.4平平均均法法4.6高高分分辨辨時(shí)時(shí)間間和和頻頻率率測(cè)測(cè)量量技技術(shù)術(shù)4.6.1多多周周期期同同步步測(cè)測(cè)量量技技術(shù)術(shù)1））倒倒數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器◆如如前前述述，，對(duì)對(duì)低低頻頻信信號(hào)號(hào)，，為為減減小小量量化化誤誤差差，，宜宜采采用用測(cè)測(cè)周周方方案案。。但但測(cè)測(cè)周周時(shí)時(shí)不不能能直直接接得得到到頻頻率率值值的的顯顯示示結(jié)結(jié)果果，，為為得得到到頻頻率率值值顯顯示示，，硬硬件件上上采采用用了了一一種種特特殊殊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)————即即倒數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器。◆原原理理：：首首先先按按測(cè)周周模模式式，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)值值為為N，再再設(shè)設(shè)法法將將1/N予以以顯顯示示。。思路路：：設(shè)設(shè)測(cè)測(cè)周周的的時(shí)時(shí)標(biāo)標(biāo)來(lái)來(lái)自自晶振振(Tc)，，測(cè)測(cè)頻頻的的閘閘門門為Ts=10nTc，則則測(cè)測(cè)頻頻時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)數(shù)值值式中中，，N為為測(cè)測(cè)周周時(shí)時(shí)的的計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)值值。。1））倒倒數(shù)數(shù)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器式表表明明，，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)：：首首先先對(duì)對(duì)被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)測(cè)測(cè)周周，，得得計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)值值N，，再再在在10nTc閘門門時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)對(duì)對(duì)(晶晶振振的的N分分頻頻)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)，，即即得得計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)值值Nf?！粼砝韴D圖圖中中計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器1和計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器2分分別別工工作在在測(cè)測(cè)周周和和測(cè)測(cè)頻頻模模式。。預(yù)預(yù)定定標(biāo)標(biāo)器器(由由加法法計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器構(gòu)構(gòu)成成)起著著分分頻頻器器作作用用。。主門門2的的閘閘門門和和輸輸入計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖同同步步。4.6.1多多周周期期同同步步測(cè)測(cè)量量技技術(shù)術(shù)2））多多周周期期同同步步法法◆多周周期期同同步步測(cè)測(cè)頻頻測(cè)頻頻時(shí)時(shí)量量化化誤誤差差是是由由于于閘閘門門與與被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)的的非非同同步步引引起起的的。。為為減減小小量量化化誤誤差差，，必必須須使閘閘門門時(shí)時(shí)間間等等于于被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)整整周周期期數(shù)數(shù)?！裨O(shè)設(shè)計(jì)計(jì)原原理理采用用預(yù)置置閘閘門門，用用fx對(duì)預(yù)預(yù)置置閘閘門門同同步步，，在在實(shí)實(shí)際際的同步步閘閘門門時(shí)間間內(nèi)內(nèi)同同時(shí)時(shí)對(duì)對(duì)fx計(jì)數(shù)數(shù)得得被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)整整周周期期計(jì)數(shù)數(shù)得得Nx。為為確確定定同同步步閘門門時(shí)時(shí)間間，，用用另另一一計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻頻率率f0計(jì)數(shù)數(shù)得得N0。2））多多周周期期同同步步法法●工工作作波波形形如圖圖，，同同步步閘閘門門時(shí)時(shí)間T’’s由由N0T0確定定，，則：：●誤誤差差：：Nx無(wú)無(wú)±±1誤誤差，N0存在在±±1誤誤差差，，但一般N0較大，±1/N0較小。●實(shí)現(xiàn)：基于微處理器器，控制預(yù)置閘閘門（軟件發(fā)發(fā)出），計(jì)算算頻率結(jié)果。。可實(shí)現(xiàn)不同閘門時(shí)間間內(nèi)的等精度測(cè)量。2）多周期同同步法◆多周期測(cè)周基本測(cè)周模式式下，閘門時(shí)時(shí)間由單個(gè)周周期確定。在在干擾信號(hào)下下，被測(cè)信號(hào)號(hào)周期的觸發(fā)發(fā)前后存在的的觸發(fā)發(fā)誤差（轉(zhuǎn)換換誤差）?！裨恚簽榻到档蛯?duì)對(duì)單個(gè)周期測(cè)測(cè)量的影響，，利用的的隨機(jī)機(jī)性，可由多多個(gè)周期構(gòu)成成閘門時(shí)間，，使相鄰周期期的相互抵消。如如下圖。例如：由10個(gè)周期構(gòu)成成閘門時(shí)間測(cè)測(cè)量，觸發(fā)誤誤差降為1/10。同時(shí)，由于計(jì)數(shù)值也也增大了10倍，則±1誤差也減小小為1/10。電子計(jì)數(shù)器面面板上的“周期倍乘””可選擇周期數(shù)數(shù)，通常有：：×1、××10、××100、××1000等多檔選擇擇。10T’x△T1△T210TxTx1Tx10△T2TxA’1A1VnA’2A2A’9A9A’10A102）多周期同同步法●誤差表達(dá)式式：式中，m為周周期倍乘數(shù)。。4.6.2模模擬內(nèi)插法法一般時(shí)間間隔隔測(cè)量的局限限性：為減小量化誤誤差，需減小小時(shí)標(biāo)以增大大計(jì)數(shù)值，但但時(shí)標(biāo)的減小小受時(shí)基電路路和計(jì)數(shù)器最高工作頻率率限制，而計(jì)數(shù)數(shù)器也有最大大計(jì)數(shù)容量的的限制（最大計(jì)數(shù)值）。內(nèi)插法對(duì)已存在的量量化誤差，測(cè)測(cè)量出量化單位以下下的尾數(shù)(零頭時(shí)間)。如下圖所示示，則準(zhǔn)確的Tx為：Tx=T0+T1-T2為實(shí)現(xiàn)T1-T2的測(cè)量，有模擬和數(shù)字兩兩種方法。4.6.2模模擬內(nèi)插法法1）模擬內(nèi)插插法原理由于T1和T2均很?。ㄐ∮谟跁r(shí)標(biāo)），采采用普通的““時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法法”難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)（需要非常常小的時(shí)標(biāo)））。其實(shí)現(xiàn)的的基本思路是是：對(duì)T1和T2作時(shí)間擴(kuò)展（（放大）后測(cè)測(cè)量。三次測(cè)量若T1、T2均擴(kuò)展k倍，， 采用同一一個(gè)時(shí)標(biāo)（設(shè)設(shè)為））分別測(cè)量T0、kT1、kT2，設(shè)計(jì)數(shù)值分分別為：N0、N1、N2，則：意義：上式由于不不存在量化化誤差，總量量化誤差由(N1-N2)引起，降低低了k倍。相當(dāng)于用時(shí)時(shí)標(biāo)的普普通時(shí)間測(cè)量量。4.6.2模模擬內(nèi)插法法2）時(shí)間擴(kuò)展展電路◆時(shí)間擴(kuò)展電電路如下圖所示：：◆工作原理以恒流源對(duì)電電容器C充電，設(shè)設(shè)充電時(shí)間為T1，而以(k-1)T1（可近似為kT1）時(shí)間緩慢放放電，當(dāng)放電電到原電平時(shí)時(shí)，所經(jīng)歷的的時(shí)間為：T1’=T1+(k-1)T1=kT1，即得到T1的k倍時(shí)間擴(kuò)擴(kuò)展。在kT1時(shí)間內(nèi)對(duì)時(shí)標(biāo)標(biāo)計(jì)數(shù)?！衾?，擴(kuò)展器控制的的開(kāi)門時(shí)間為為T1的1000倍倍(k取999)，即： T’1＝T1＋999T1＝1000T1在T’1時(shí)間內(nèi)對(duì)時(shí)標(biāo)標(biāo)計(jì)數(shù)得得N1，則類似地：T’2＝T2＋999T2＝1000T2在T’2時(shí)間內(nèi)對(duì)時(shí)標(biāo)標(biāo)計(jì)數(shù)得得N2，則于是：內(nèi)插后測(cè)量分分辨力提高了了1000倍倍。◆校準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)插擴(kuò)展技術(shù)術(shù)可大大提高高測(cè)時(shí)分辨力力,但測(cè)量前前需進(jìn)行校準(zhǔn)準(zhǔn)。4.6.2模模擬內(nèi)插法法4.6.3游游標(biāo)法1）游標(biāo)法的的原理◆數(shù)字式游標(biāo)法法實(shí)現(xiàn)的原理理和游標(biāo)卡尺的原理相似，，是利用相差差很微小的兩兩個(gè)量，對(duì)其其量化單位以以下的差值進(jìn)進(jìn)行多次的疊疊加，直到疊疊加的值達(dá)到到一個(gè)量化單單位為止，通通過(guò)相關(guān)的計(jì)計(jì)算便可以獲獲得較精確的的差值?！粼O(shè)主時(shí)鐘頻率F01＝1/T01和游標(biāo)時(shí)鐘F02＝1/T02。F01>F02(T01<T02)且F01和F02非常接近。即即差值ΔT0=T02－T01很小。如T01=10ns，，T02=11ns，，則ΔT0=T02－T01=1ns?！綦p游標(biāo)法的的工作原理如下圖。4.6.3游游標(biāo)法◆如圖，設(shè)開(kāi)門門與關(guān)門時(shí)的的兩個(gè)“零頭頭時(shí)間”為,開(kāi)開(kāi)門后同時(shí)啟啟動(dòng)主計(jì)數(shù)器器和游標(biāo)脈沖沖1計(jì)數(shù)，由由于T02>T01，設(shè)經(jīng)過(guò)N1個(gè)計(jì)數(shù)值后,游標(biāo)脈沖與主主脈沖重合(圖中符合點(diǎn)點(diǎn)1)。此時(shí)時(shí)：即即：4.6.3游游標(biāo)法同樣，在關(guān)門門時(shí)(主時(shí)鐘鐘計(jì)數(shù)停止)啟動(dòng)游標(biāo)脈脈沖2開(kāi)始計(jì)計(jì)數(shù)，由于T02>T01，設(shè)經(jīng)過(guò)N2個(gè)計(jì)數(shù)值后，，游標(biāo)脈沖與主主脈沖重合(圖中符合點(diǎn)點(diǎn)2)。此時(shí)時(shí)，有：則，被測(cè)時(shí)間間間隔為：定義擴(kuò)展系數(shù)數(shù)K，則游標(biāo)時(shí)鐘周周期用K可表表示為：而于是，被測(cè)時(shí)時(shí)間間隔可寫(xiě)寫(xiě)成：可見(jiàn)，數(shù)字游標(biāo)法將將測(cè)時(shí)分辨力力由T01提高到了T01/K。4.6.4平平均法1）平均法原原理◆硬件平均法法測(cè)量●測(cè)頻：在基基本頻率測(cè)量量中，取樣時(shí)時(shí)間（即閘門門時(shí)間）內(nèi)對(duì)對(duì)N個(gè)周期脈脈沖進(jìn)行累加加計(jì)數(shù)，實(shí)際際上已是對(duì)N個(gè)周期進(jìn)行行了平均?！駵y(cè)周：多周周期測(cè)量即是是硬件上的平平均測(cè)量。●硬件平均法法的局限：?jiǎn)螁未螠y(cè)量的時(shí)時(shí)間有限；計(jì)計(jì)數(shù)容量有限限?！糗浖骄ǚā駟未螠y(cè)量（測(cè)頻和測(cè)周周）總是存在在量化誤差，，這是一種隨隨機(jī)誤差,它它在－1/N～1/N范圍內(nèi)內(nèi)(誤差限1/N)均勻勻分布。●多次測(cè)量取平平均。利用隨機(jī)誤誤差的抵償性性，可采取多多次測(cè)量取平平均的辦法，，減小測(cè)量誤誤差。●設(shè)連續(xù)進(jìn)行有有限次（n次次）測(cè)量，計(jì)計(jì)數(shù)值分別為為N1、N2、…、Nn，其算術(shù)平均值為：由于N1≈N2≈…≈Nn≈N，各次的的量化誤差為為：對(duì)各單次測(cè)量量的量化誤差差采用均方根根合成，根據(jù)據(jù)算術(shù)平均值的的性質(zhì)，其誤差將減減小到單次測(cè)測(cè)量的即：4.6.4平平均法4.6.4平平均法2）時(shí)基脈沖沖的隨機(jī)調(diào)相相技術(shù)◆軟件平均法依依賴于各單次次測(cè)量的量化誤差的隨隨機(jī)性，即要求閘門開(kāi)啟/關(guān)關(guān)閉時(shí)刻和被被測(cè)信號(hào)脈沖沖之間具有真真正的隨機(jī)性性。否則，各各單次測(cè)量的的量化誤差就就不具有隨機(jī)機(jī)誤差的抵償償性。◆實(shí)現(xiàn)原理采用齊納二極極管產(chǎn)生的噪噪聲對(duì)時(shí)基脈脈沖進(jìn)行隨機(jī)機(jī)相位調(diào)制，，使時(shí)基脈沖沖具有隨機(jī)的的相位抖動(dòng)。?！粼韴D下圖是一個(gè)實(shí)實(shí)用的測(cè)量方方案。4.6.4平平均法4.7微波波頻率測(cè)量技技術(shù)4.7.1變變頻法1）變頻法原原理2）組成框圖圖4.7.2置置換法1）置換法原原理2）組成框圖圖4.7微波波頻率測(cè)量技技術(shù)通用電子計(jì)數(shù)數(shù)器受內(nèi)部計(jì)數(shù)器器等電路的工工作速度的限限制，對(duì)輸入入信號(hào)直接計(jì)計(jì)數(shù)存在最高計(jì)數(shù)頻率率的限制。中速計(jì)數(shù)器采采用“預(yù)定標(biāo)器””（由ECL電電路構(gòu)成的分分頻器），將將輸入信號(hào)進(jìn)進(jìn)行分頻后，，再由計(jì)數(shù)器器計(jì)數(shù)。對(duì)于幾十GHz的的微波計(jì)數(shù)器器，主要采用變頻法和置換換法將輸入微波頻頻率信號(hào)變換換成可直接計(jì)計(jì)數(shù)的中頻。。4.7.1變變頻法1）變頻法原原理變頻法（或稱稱外差法）是是將被測(cè)微波波信號(hào)經(jīng)差頻變換成頻率較低的的中頻信號(hào)，，再由電子計(jì)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。?！糇冾l法的原原理框圖如下下。電子計(jì)數(shù)器主主機(jī)內(nèi)送出的的標(biāo)準(zhǔn)頻率fs，經(jīng)過(guò)諧波發(fā)發(fā)生器產(chǎn)生高高次諧波，再再由諧波濾波波器選出所需需的諧波分量量Nfs，它與被測(cè)信信號(hào)fx混頻出差頻fI。若由電子計(jì)數(shù)數(shù)器測(cè)出fI，則被測(cè)頻率率fx為：為適應(yīng)fx的的變化，諧波波濾波器應(yīng)能能夠選出合適適的諧波分量量Nfs?；祛l器差頻放大器電子計(jì)數(shù)器諧波濾波器諧波發(fā)生器輸入fxfIfs4.7.1變變頻法4.7.1變變頻法2）組成框圖圖自動(dòng)變頻式微微波計(jì)數(shù)器的的原理方框圖圖如下圖所示示。混頻器差頻放大器電子計(jì)數(shù)器諧波濾波器（YIG電調(diào)濾波器）諧波發(fā)生器（階躍恢復(fù)二極管）輸入fxfI輸入fs輸出Nfs掃描捕獲電路檢波器fI

（＝fx-Nfs）4.7.1變變頻法工作原理諧波發(fā)生器：輸入為計(jì)數(shù)數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)頻率率信號(hào)fs。。采用階躍恢恢復(fù)二極管，，以產(chǎn)生豐富富的諧波Nfs。諧波濾波器：采用YIG（（單晶鐵氧體體材料）電調(diào)調(diào)諧濾波器，，其諧振頻率率可在很寬范范圍實(shí)現(xiàn)電調(diào)調(diào)。掃描捕獲電路路：產(chǎn)生階梯波波電流，控制制YIG的外外加磁場(chǎng)，使使YIG的諧振頻率從低低到高步進(jìn)式式地改變，從而可逐次次選出不同的的各次諧波。。差頻放大器、、檢波器：當(dāng)諧波濾波波器輸出的某某次諧波Nfs與待測(cè)頻率fx的差頻fI（＝fx－Nfs）落在差頻放放大器的帶寬寬（1～101MHz））范圍內(nèi)時(shí)，，fI經(jīng)放大、檢波波后輸出一直直流電壓，使使掃描捕獲電電路停止掃描描，因而YIG固定地調(diào)調(diào)諧在N次諧諧波上。4.7.1變變頻法微波計(jì)數(shù)器的的顯示當(dāng)YIG調(diào)諧諧成功（選擇擇的諧波分量量Nfs被確確定）后，控控制電路直接將Nfs在高位上顯顯示。而fI=fx-Nfs則由計(jì)數(shù)數(shù)器計(jì)數(shù)并顯顯示在Nfs位之后。這樣，便得到到fx=Nfs+fI。例如：若fx=1234.567890MHz，標(biāo)準(zhǔn)頻率率fs=100MHz。。則YIG應(yīng)調(diào)調(diào)諧在N=12次諧波上上，即Nfs=1200MHz，高高位直接顯示示“12”。計(jì)數(shù)器再對(duì)差差頻信號(hào)fI=fx-Nfs=34.567890MHz計(jì)數(shù)，，最后顯示為““1234.567890”MHz。變頻法特點(diǎn)：：諧波Nfs幅幅度低，靈敏度低，但但分辨力高。4.7.2置置換法1）置換法原原理利用一個(gè)頻率率較低的置換換振蕩器的N次諧波，與與被測(cè)微波頻頻率fx進(jìn)行分頻式鎖鎖相，從而把把fx轉(zhuǎn)換到較低的的頻率fL（通常為100MHz以以下）。原理框框圖如如下：：當(dāng)環(huán)路路鎖定定時(shí)，，有：：式中，，fs為已已知的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率率，計(jì)計(jì)數(shù)器器直接接對(duì)fL計(jì)數(shù)，，但為為得到到fx，還還需確定N值?；祛l器壓控振蕩器電子計(jì)數(shù)器鑒相器fx-NfLfsfLNfL4.7.2置置換法法2）組組成方方框圖圖全自動(dòng)動(dòng)置換換法微微波計(jì)計(jì)數(shù)器器的方方框圖圖如下下圖所所示。。4.7.2置置換法法工作原原理主通道道：fx與fL的N次次諧波波NfL經(jīng)混頻頻器A，由由差頻頻放大大器取取出fI=fx-NfL，當(dāng)環(huán)環(huán)路鎖鎖定時(shí)時(shí)：fI=fx-NfL=fs。即即有：：fx=NfL+fs。fL由計(jì)數(shù)數(shù)器直直接計(jì)計(jì)數(shù)。。輔助通通道：用于確確定N。fL與標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)頻率率發(fā)生生器(F0=1kHz)經(jīng)經(jīng)混頻頻器C得到到差頻頻：fL-F0，其N次諧諧波與與fx經(jīng)混混頻器器B，，由差