電子測量技術與應用項目25第49-50學時4.3-1

1第四節(jié)

電子計數器的測量誤差基本內容:1.量化誤差2.觸發(fā)誤差3.標準頻率誤差4.如何減小量化誤差對測頻、測周的影響。2

電子計數器基本組成

（1）輸入通道（2）計數顯示電路（3）邏輯控制電路（4）標準時間產生電路3通用電子計數器的測量功能

頻率周期頻率比時間間隔累加計數自檢4電子計數器基本組成方框5測周期時:

標準時間信號（晶振）經過放大整形和倍頻電路，送入A通道，用作測周期時的計數脈沖，稱為時標信號；測頻率時:

標準時間信號（晶振）經過放大整形和一系列分頻，送入B通道，用作測頻時控制門控電路的信號，稱為時基信號。6在計數器測量頻率和周期時我們遇到了四個信號，計數脈沖、時標信號、門控信號及時基信號，他們既有共同點又有不同點。計數脈沖和時標信號都是通過閘門供計數器計數的高頻短周期脈沖信號，但計數脈沖是計數器測頻率時由被測信號經A通道輸入再經放大整形和一系列倍頻之后得到的；而時標信號是計數器測周期時由晶振產生并經過放大整形和倍頻電路，送入A通道，用作測周期時的計數脈沖。7門控信號和時基信號都是用于控制閘門電路的信號，其周期比計數脈沖要大得多。但門控信號是計數器測周期時由被測信號經B通道輸入再經放大整形和一系列分頻、倍頻之后得到的；而時基信號是計數器測頻率時由晶振產生并經過放大整形和分頻電路，送入B通道，用作測頻率時的門控信號。8

一、

測量誤差的來源量化誤差觸發(fā)誤差標準頻率誤差9（一）量化誤差（±1字誤差）

量化誤差是在將模擬量轉換為數字量的量化過程中產生的誤差，是數字化儀器所特有的誤差，是不可消除的誤差。用電子計數器測量頻率，實質上是一個量化過程。量化的最小單位是數碼的一個字，或者是一個脈沖。測頻時，計數脈沖通過閘門進入計數器，由于閘門開啟時刻和第一個被測計數脈沖到來的時刻之間的關系是隨機的，當閘門開啟時間T接近甚至等于被測信號周期Tx的整數倍時，誤差最大。10圖2-30最大量化誤差示意圖NTx9t1t2Δt91(a)Δt→0Δt→0(b)Tx111量化誤差的特點是：

無論計數值為多少,每次的計數值總是相差±112345678912量化誤差的公式為：量化誤差的相對誤差公式為：13可見，對于正常計數值N=8來說，最大的計數誤差為△N=±1個數。代入上式中可得：式中：T—閘門時間fx—被測頻率從上式可以看出，不管N為多少，其最大誤差總是±1個計數單位，因此量化誤差又稱為±1誤差。增大閘門時間T，可減小±1誤差的大小。當T選定后,fx越低，則由±1誤差產生的測頻誤差越大。14量化誤差公式分析:從公式可看出，總讀N數越大，γN越小，測量的相對準確度就越高。例如：計數器讀數N=100時，γN=±1%

讀數N=10000時，γN=±0.01% 同是±1個字的誤差，但對測量準確度的影響卻大不相同。15測量誤差的分析(量化誤差的影響)測周誤差：由測周公式測頻誤差：由測頻公式16測頻誤差有兩項：一方面決定于閘門時間T是否準確，另一方面決定于計數器計得的數值是否準確，即量化誤差。利用合成的辦法可得公式：是數字化儀器特有的量化誤差，計數值的準確度。是閘門時間的相對誤差，由標準頻率源產生。閘門時間的準確度等于標準頻率的準確度。17（二）觸發(fā)誤差

18觸發(fā)誤差又稱為轉換誤差產生原因：被測信號在整形過程中，原因：整形電路本身觸發(fā)電平的抖動，被測信號疊加有噪聲，各種干擾信號等原因，使得整形后的脈沖周期不等于被測信號的周期，由此而產生的誤差稱為觸發(fā)誤差。閘門開啟時間為:19觸發(fā)誤差的相對誤差：Un—為噪聲或干擾信號的最大幅度,Um—為被測信號電壓幅度,Kf—為B通道分頻器分頻次數。觸發(fā)誤差—對測量周期的影響較大，對測量頻率的影響較小。20在實際測量中，為提高測量的準確度和分辨力，應盡量采用多周期測量。利用多周期測量可以減小轉換誤差對測量周期的影響。所謂多周期測量即用計數器測量多個周期Tx，例如10Tx，然后將計得的數除以10而得到一個Tx周期的數。選用小的時標以及盡可能提高信噪比。在計數器電路中，通過改變周期倍乘步位的同時，相應地向左移動一位小數點的方法，來完成一次除以10的運算。這樣，計數器可以直接顯示Tx的值。21（三）標準頻率誤差

標準頻率誤差指的是由于石英晶振的信號不穩(wěn)定性準確度等原因而產生的誤差。通常要求石英晶振的準確度Δfs/fs

要比±1量化誤差小一個量級。石英晶振準確度22測頻誤差的第二項△T/T決定于石英晶振所提供的標準頻率的準確度。如分頻系數為Kf，石英晶振的頻率fs則閘門時間：T=Kf

Ts=Kf/fs，

可見，閘門時間的準確度等于標準頻率的準確度。為了使標準頻率誤差不對測量結果產生影響，通常要求石英晶振的準確度△fs/fs要比±1誤差引起的測頻誤差小一個量級。23測周誤差主要有三項：測頻誤差主要有兩項：量化誤差和閘門時間的誤差24要減小量化誤差對測頻的影響，應設法增大計數值N。在A通道中選用倍頻次數m較大的倍頻器，即選用短時標信號；在B通道中增大分頻次數Kf，延長閘門時間；可以直接測量高頻信號的頻率。25要減小測周量化誤差應設法增大計數值N。在A通道中選用倍頻次數m較大的倍頻器，即選用短時標信號；在B通道中增大分頻次數Kf，即延長閘門時間，該方法稱為多周期測量法；可以直接測量低頻信號的周期。26

總之，用計數器直接測周的誤差主要有三項：量化誤差、

轉換誤差、、標準頻率源誤差。其合成誤差可按下式計算:量化誤差轉換誤差標準頻率源誤差27例：用計數式頻率計測量信號的周期Tx=10μs,晶振頻率fs為10MHZ，其相對誤差△fs/fs=±3×10-8,周期倍乘開關置“×100”，信噪比Vm/Vn為60，計算測量誤差。已知：Tx=10μs,fs=10MHZ,△fs/fs=±3×10-8Vm/Vn=6028總結1.電子計數器基本組成輸入通道，計數顯示電路邏輯控制電路，標準時間產生電路2.計數器的測量功能頻率，周期，頻率比，時間間隔，累加計數，自檢。量化誤差29總結4.

觸發(fā)誤差

：產生原因整形電路本身觸發(fā)電平的抖動，被測信號疊加有噪聲，各種干擾信號等原因。5.標準頻率誤差：30總結測頻時：晶振信號用來產生門控信號，標準頻率誤差稱為時基誤差；測周時：晶振信號用來產生時標信號，