頻率計測量方(fāng)法

圖 3. 頻率計數器方案(àn)

頻率計數器(qì)是一種測量輸(shū)入信號(hào)頻率(shuài)並顯(xiǎn)示結(jié)果的(dí)設(shè)備(bèi)。有(yǒu)兩種測(cè)量方(fāng)法(fǎ)：“直接法(fǎ)"，由於易(yì)於實(shí)現(xiàn)而(ér)長期(qī)使(shǐ)用(yòng)
；以(yǐ)及(jí)“倒(dǎo)數(shù)法"，雖然成(chéng)本(běn)較高(gāo)，但可以(yǐ)獲(huò)得(dé)較高的有(yǒu)效位(wèi)數(shù)。

1. 直(zhí)接法(fǎ)

零點交叉測量(liáng)
直接法頻(pín)率計(jì)數(shù)器(qì)測(cè)量(liáng)輸入信號(hào)頻率在零點交(jiāo)叉的次數。如(rú)果(guǒ)輸入(rù)信號(hào)是(shì)正弦(xián)曲綫，則(zé)計算(suàn)它向(xiàng)下(xià)或向(xiàng)上(shàng)穿(chuān)過零點(diǎn)的次數(shù)。直接(jiē)頻率(shuài)計數器(qì)的優(yōu)點是(shì)可以僅使(shǐ)用(yòng)硬(yìng)件輕鬆實現。因此，這種方(fāng)法長期以(yǐ)來一直(zhí)被使用(yòng)，並將每秒過(guò)零點(diǎn)的次數顯示為(wéi)頻(pín)率的測量值。

直(zhí)接法頻率計(jì)數(shù)器(qì)的特點是在(zài)內(nèi)部創(chuàng)建(jiàn)精確的(dí)參(cān)考時(shí)鐘，並通過打開該時(shí)間量的(dí)時(shí)間窗口(kǒu)來測量(liáng)時(shí)鐘(zhōng)穿過(guò)零點(diǎn)的次數(shù)。

測量有效位數
直(zhí)接頻(pín)率計數(shù)器(qì)的(dí)有效位數由時(shí)間窗(chuāng)的時(shí)間寬度和輸入(rù)頻率(shuài)決定，例如輸入頻率為1 GHz，時間窗為(wéi)1 秒(miǎo)。測量值為(wéi)1x10^9，有效位數(shù)為1。即10位(wèi)。當(dāng)輸(shū)入頻(pín)率(shuài)為(wéi)1kHz時，有效位(wèi)數(shù)為4位(wèi)，分辨率均(jūn)為1Hz。

這裏，增(zēng)加時間窗(chuāng)寬(kuān)度(dù)會提高分(fēn)辨率(shuài)，例如(rú)，如果時間窗寬度設(shè)置為100秒(miǎo)，則(zé)1kHz時(shí)有效(xiào)位(wèi)數(shù)為(wéi)6位，分辨(biàn)率為(wéi)0.01Hz。但一次測量至(zhì)少(shǎo)需(xū)要100秒(miǎo)是不現實的，工作效(xiào)率(shuài)顯(xiǎn)著降(jiàng)低。另外(wài)，需要了(liǎo)解的是，測量(liáng)值(zhí)總會(huì)存在±1的(dí)量子誤(wù)差(chà)。

如果(guǒ)隻想測(cè)量高頻信(xìn)號，使用(yòng)直接法(fǎ)頻率(shuài)計數器沒(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)問題，但為了提(tí)高(gāo)直接法的精度，需(xū)要(yào)增加時(shí)間(jiān)窗寬(kuān)度。然而，使(shǐ)用直接(jiē)法(fǎ)時，增(zēng)加時間(jiān)窗寬度也會增(zēng)加(jiā)一(yī)次測量所(suǒ)需的時(shí)間，其缺點是(shì)效率(shuài)極(jí)低(dī)。在這些情況(kuàng)下，可以選擇倒數(shù)頻率計(jì)數器。

2.倒數(shù)法(fǎ)

倒數頻率(shuài)計數(shù)器使(shǐ)用(yòng)內部參(cān)考時(shí)鐘對輸(shū)入波形(xíng)或分頻(pín)波(bō)形(xíng)進行計(jì)數。特別是(shì)在測量低頻時(shí)，它具有能夠獲(huò)得(dé)大量(liáng)有效數字的(dí)優點。倒數(shù)頻(pín)率計(jì)數器的(dí)有(yǒu)效位(wèi)數(shù)由內部參考(kǎo)時(shí)鐘和門(mén)控(kòng)時(shí)間決定，具有不(bù)受輸入(rù)頻(pín)率(shuài)影響(xiǎng)的(dí)特點。

例(lì)如，如果內部參(cān)考時鐘為 10 MHz，選通時(shí)間為 1 秒，則有效(xiào)位(wèi)數(shù)為 7
；如(rú)果內部(bù)參考時(shí)鐘為 10 秒(miǎo)，選通(tōng)時(shí)間(jiān)為 10 秒，則有(yǒu)效(xiào)位(wèi)數(shù)為(wéi) 7。將會是(shì)8。雖(suī)然(rán)倒(dǎo)數法可(kě)以(yǐ)在低頻範圍(wéi)內(nèi)的測量中獲得(dé)大(dà)量的有效位數(shù)，但由於(yú)計(jì)數(shù)器(qì)本身的操(cāo)作復雜，因此(cǐ)具有價(jià)格昂(áng)貴(guì)的缺點(diǎn)。