【文章內(nèi)容簡介】 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 ◆ 功能： 產(chǎn)生測頻時(shí)的 “ 門控信號 ” （多檔閘門時(shí)間可選）及時(shí)間測量時(shí)的 “ 時(shí)標(biāo) ” 信號（多檔可選）。 ◆實(shí)現(xiàn)： 由內(nèi)部 晶體振蕩器 （也可外接），通過 倍頻或分頻得到。再 通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到 “ 門控信號 ” 。 如，若 fc=1MHz,經(jīng) 106分頻后，可得到 fs=1Hz(周期 Ts=1s) 的時(shí)基信號，經(jīng)過 門控雙穩(wěn)態(tài)電路得 到寬度為 Ts=1s的 門控信號。 電子測量原理 第 36頁 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 ◆ 要求： ? 標(biāo)準(zhǔn)性 ： “ 門控信號 ” 和 “ 時(shí)標(biāo) ” 作為計(jì)數(shù)器頻率和時(shí)間測量的本地工作基準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)具有高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度。 ? 多值性 ：為了適應(yīng)計(jì)數(shù)器較寬的測量范圍，要求 “ 閘門時(shí)間 ” 和 “ 時(shí)標(biāo) ” 可多檔選擇。 ? 常用 “ 閘門時(shí)間 ” 有： 1ms、 10ms、 100ms、 1s、 10s。 ? 常用的“時(shí)標(biāo)”有： 10ns、 100ns、 1us、 10us、 100us、 1ms。 電子測量原理 第 37頁 5）控制電路 ◆ 功能： 產(chǎn)生各種控制信號，控制、協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機(jī)按 “復(fù)零－測量－顯示” 的工作程序完成自動測量的任務(wù)。如下圖所示： 準(zhǔn)備期 （ 復(fù)零，等待） 測量期 （開門，計(jì)數(shù)） 顯示期 （關(guān)門，停止計(jì)數(shù)） 電子測量原理 第 38頁 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 1）頻率測量 ◆原理：計(jì)數(shù)器嚴(yán)格按照 的定義實(shí)現(xiàn)頻率測量。 根據(jù)上式的頻率定義， T為采樣時(shí)間， N為 T內(nèi)的周期數(shù)。采樣時(shí)間 T預(yù)先由閘門時(shí)間 Ts確定（時(shí)基頻率為 fs）。則 或 該式表明，在數(shù)字化頻率測量中，可 用計(jì)數(shù)值 N表示 fx。它體現(xiàn)了數(shù)字化頻率測量的 比較法測量原理 。 ◆例如： 閘門時(shí)間 Ts=1s，若計(jì)數(shù)值 N=10000，則顯示的 fx為“ 10000”Hz，或 “ ”kHz。如閘門時(shí)間 Ts=，則計(jì)數(shù)值N=1000，則顯示的 fx為 “ ”kHz。 請注意： 顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位 的意義，它 表示了頻率測量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)基頻率 fs ） 。 TN?fxssNf NfT?? xsxs TT ＝?N電子測量原理 第 39頁 1）頻率測量 ? 原理框圖和工作波形圖（ fx由 A通道輸入，內(nèi)部時(shí)基） ? 為便于測量和顯示，計(jì)數(shù)器通常為 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ，多檔閘門時(shí)間設(shè)定為 10的冪次方 ，這樣可直接顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，并通過移動小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測頻率。 ? 測量速度與分辨力 ：閘門時(shí)間 Ts為頻率測量的采樣時(shí)間，Ts愈大，則測量時(shí)間愈長，但計(jì)數(shù)值 N愈大，分辨力愈高。 TB 放大 、 整形 閘門 門控電路 計(jì)數(shù) 顯示 A fx 分頻電路 時(shí)基 Ts 電子測量原理 第 40頁 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 2）頻率比的測量 ◆原理：實(shí)際上，前述頻率測量的比較測量原理就是一種頻率比的測量： fx對 fs的頻率比 。 據(jù)此，若要測量 fA對 fB的頻率比（假設(shè) fAfB），只要用 fB的周期 TB作為閘門，在 TB時(shí)間內(nèi)對 fA作周期計(jì)數(shù)即可。 ◆方法： fA對 fB分別由 A、 B兩通道輸入，如下圖。 BAABTfNTf??電子測量原理 第 41頁 ◆ 注意： 頻率較高者由 A通道輸入，頻率較低者由 B通道輸入。 ◆ 提高頻率比的測量精度： 擴(kuò)展 B通道信號的周期個(gè)數(shù) 。 例如：以 B通道信號的 10個(gè)周期作為閘門信號，則計(jì)數(shù)值為： ,即計(jì)數(shù)值擴(kuò)大了 10倍，相應(yīng)的測量精度也就提高了 10倍。為得到真實(shí)結(jié)果，需將計(jì)數(shù)值 N縮小 10倍（小數(shù)點(diǎn)左移 1位），即 ◆ 應(yīng)用： 可方便地測得電路的分頻或倍頻系數(shù)。 10ABf Nf ?2）頻率比的測量 10 10BAABTfN ??電子測量原理 第 42頁 3）周期的測量 ◆原理： “時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法” 周期測量。 對被測周期 Tx，用已知的較小單位時(shí)間刻度 T0（“時(shí)標(biāo)”）去量化，由 Tx所包含的“時(shí)標(biāo)”數(shù) N即可得到 Tx。即 該式表明， “時(shí)標(biāo)”的計(jì)數(shù)值 N可表示周期 Tx。也體現(xiàn)了時(shí)間間隔（周期）的 比較測量原理 。 ◆實(shí)現(xiàn)： 由 Tx得到 閘門 ；在 Tx內(nèi)計(jì)數(shù)器對時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)。 —— Tx由 B通道輸入，內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號由 A通道輸入（ A通道外部輸入斷開）。 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 0xT NT?電子測量原理 第 43頁 ◆ 原理框圖： ◆例如： 時(shí)標(biāo) T0=1us，若計(jì)數(shù)值 N=10000，則顯示的 Tx為“ 10000”us，或 “ ”ms。如時(shí)標(biāo) T0=10us，則計(jì)數(shù)值 N=1000，顯示的 Tx為 “ ”ms。 請注意： 顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位 的意義，它 表示了周期測量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)標(biāo) T0 ） 。為便于顯示， 多檔 時(shí)標(biāo)設(shè)定為 10的冪次方。 ◆ 測量速度與分辨力 ： 一次測量時(shí)間即為一個(gè)周期 Tx， Tx愈大 (頻率愈低 )則測量時(shí)間愈長；計(jì)數(shù)值 N與時(shí)標(biāo)有關(guān)，時(shí)標(biāo)愈小分辨力愈高。 3）周期的測量 電子測量原理 第 44頁 4）時(shí)間間隔的測量 ◆ 時(shí)間間隔： 指 兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn) 之間的時(shí)間段。 在測量技術(shù)中，兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)通常由 兩個(gè)事件 確定。如，一個(gè) 周期信號的兩個(gè)同相位點(diǎn)（如過零點(diǎn)）所確定的時(shí)間間隔即為周期。 ◆ 兩個(gè)事件 的例子及 測量參數(shù) 還有： 同一信號波形上兩個(gè)不同點(diǎn)之間 ?脈沖信號參數(shù) ； 兩個(gè)信號波形上，兩點(diǎn)之間 ?相位差的測量 ； 手動觸發(fā) ?定時(shí)、累加計(jì)數(shù)。 ◆ 測量方法： 由 兩個(gè)事件 觸發(fā)得到 起始信號和終止信號 ，經(jīng)過門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到 “門控信號” ，門控時(shí)間即為被測的時(shí)間間隔。在門控時(shí)間內(nèi)，仍 采用 “時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)”方法 測量（即所測時(shí)間間隔由“時(shí)標(biāo)”量化）。 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 電子測量原理 第 45頁 4）時(shí)間間隔的測量 ?原理框圖 欲測量時(shí)間間隔的起始、終止信號分別由 B、 C通道 輸入。時(shí)標(biāo)由機(jī)內(nèi)提供。如下圖。 電子測量原理 第 46頁 ◆ 觸發(fā)極性 選擇和 觸發(fā)電平 調(diào)節(jié) ：為增加測量的靈活性，B、 C輸入通道都設(shè)置有觸發(fā)極性 (+、 )和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)，以完成各種時(shí)間間隔的測量。如下圖的脈沖參數(shù)測量。 VB Vc 起始 停止 開門時(shí)間 C＋ (50% ) B＋ (50% ) 起始 停止 開門時(shí)間 VB Vc B＋ (50% ) C (50% ) (50% ) － B + (50% ) C + (50% ) － (50% ) C＋ (90% ) 閘門信號 關(guān)門信號 開門信號 B ＋ (10% ) 4）時(shí)間間隔的測量 電子測量原理 第 47頁 4）時(shí)間間隔的測量 ? 相位差的測量 ? 利用時(shí)間間隔的測量，可以測量兩個(gè)同頻率的信號之間的相位差。 ? 兩個(gè)信號分別由 B、 C通道輸入，并選擇相同的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平。 ? 測量原理如下圖： ? 為減小測量誤差，分別取 +、 觸發(fā)極性作兩次測量， 得到 t t2再取平均，則 ?? 2 21 tt ??電子測量原理 第 48頁 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 5）自檢（自校） ◆功能： 檢驗(yàn)儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常。 ◆實(shí)現(xiàn)方法： 為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該在自檢實(shí)施前即是已知的。為此， 用機(jī)內(nèi)的時(shí)基 Ts（閘門信號）對時(shí)標(biāo) T0計(jì)數(shù) ，則計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng)為： ◆自檢的方框圖： ◆例如： 若選擇 Ts=10ms, T0=1us,則自檢顯示應(yīng) 穩(wěn)定在 N=10000。 ◆ 自檢 不能檢測內(nèi)部基準(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 T0 Tx 0sTN T?電子測量原理 第 49頁 電子計(jì)數(shù)器的測量誤差 測量誤差的來源 1）量化誤差； 2）觸發(fā)誤差； 3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 頻率測量的誤差分析 1）誤差表達(dá)式； 2）量化誤差的影響； 3）實(shí)例分析 周期測量的誤差分析 1）誤差表達(dá)式； 2）量化誤差的影響； 3）中界頻率； 4）觸發(fā)誤差 電子測量原理 第 50頁 測量誤差的來源 1）量化誤差 ◆什么是量化誤差： 由前述頻率測量 fx=N/Ts=Nfs和周期測量 Tx=NT0，可見， 由于計(jì)數(shù)值 N為整數(shù) ， fx和 Tx必然產(chǎn)生 “截?cái)嗾`差” ，該誤差即為 “量化誤差” 。也稱為“ 177。 1誤差” ，它是所有數(shù)字化儀器都存在的誤差。 ◆產(chǎn)生原因： 量化誤差并非由于計(jì)數(shù)值 N的不準(zhǔn)確（也并非標(biāo)準(zhǔn)頻率源 fs或時(shí)標(biāo) T0的不準(zhǔn)確）造成。而是 由于 閘門開啟和關(guān)閉的時(shí)間與被測信號不同步引起 （亦即開門和關(guān)門時(shí)刻與被測信號出現(xiàn)的時(shí)刻是隨機(jī)的），使得在閘門開始和結(jié)束時(shí)刻有一部分 時(shí)間零頭 沒有被計(jì)算在內(nèi)而造成的測量誤差。 ◆ 下圖為頻率測量時(shí)量化誤差的 示意圖。 電子測量原理 第 51頁 1）量化誤差 ?如圖，對同一被測信號，在相同的閘門時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)結(jié)果不同。根據(jù)頻率定義，準(zhǔn)確的 fx應(yīng)為 式中， 即， 或 因此，量化誤差