第四章時間與頻率的測量

1、4.1.2 電子計數(shù)器概述1）電子計數(shù)器的分類 2）主要技術(shù)指標(biāo) 3）電子計數(shù)器的發(fā)展 時間有兩個含義： “時刻”：即某個事件何時發(fā)生； “時間間隔”：即某個時間相對于某一時刻持續(xù)了多久。頻率的定義：周期信號在單位時間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時間間隔T內(nèi)周期信號重復(fù)變化了N次，則頻率可表達(dá)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周期法模擬法頻率測量方法數(shù)字法電容充放電法電子計數(shù)器法4.1.2 電子計數(shù)器概述A AG GC C放放大大器器溫溫度度控控制制隔隔離離放放大大器器加加熱熱器器傳傳感感器器輸輸出出頻頻率率調(diào)調(diào)整整晶晶體體電電路路絕絕熱熱層層f f x

2、 xM ML LI IC C012xffL C012xffLCR R3 3R R4 4R R1 1R R2 2C C1 1C C2 2f fx x1 2 1 2122xxfRRCCx1x2jjCC143211（R +）R （）R1R312214RRCRCR1x22x110RCRC1212122xxfR R C C12xfRCxsfN f與與門門T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC C2021-7-26304.4.1 電子計數(shù)器的組成 組成原理框圖數(shù)字顯示器寄存器十進(jìn)制計數(shù)器 A通道(放大、整形)B 通 道 ( 放大、整形) 主 門功能開關(guān)閘門選擇、周期倍乘 10 10

3、 10 1010s(104)1s(103)100ms(102)10ms(10)1ms(1) 時標(biāo)選擇12345332112445時基部分 10 10 10 10 101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制時序電路開門鎖存復(fù)位控制時序電路波形序號計數(shù)端信號控制端信號測試功能計數(shù)結(jié)果1內(nèi)時鐘（T0）內(nèi)時鐘（T）自檢N=T/T02被測信號（fx）內(nèi)時鐘（T）測量頻率（A）fxN/T3內(nèi)時鐘（T0）被測周期（Tx）測量周期（B）TxNT04被測信號（fA）被測信號（fB）測量頻率比（A/B）fA/fB=N5內(nèi)時鐘（T0）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量時間間隔（A-B）tB-C=NT06外輸

4、入（TA）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量外控時間間隔B-CtB-C=NTA7外待測信號（Nx）手控或遙控累加計數(shù)（A）NxN8內(nèi)時鐘（秒信號）手控或遙控計時 N（秒）與與門門T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC C準(zhǔn)備期準(zhǔn)備期 （ 復(fù)零，等待）復(fù)零，等待） 測量期測量期 （開門，計數(shù)）（開門，計數(shù)） 顯示期顯示期（關(guān)門，停止計數(shù)）（關(guān)門，停止計數(shù)）TNfxssNfNfTxsxsf .TTTNTB放大、整形放大、整形閘閘門門門控電路門控電路計數(shù)計數(shù)顯示顯示Afx分頻電路分頻電路時基時基TsBAABTfNTf1 0ABfNf1010BAABTfNTf0 xTNTVBVc起始

5、起始停止停止開門時間開門時間C(50%)B(50%)起始起始停止停止開門時間開門時間VBVcB(50%)C- (50%)(50%) B B+ (50%) C +(50%) (50%) C(90%)閘門信號閘門信號關(guān)門信號關(guān)門信號開門信號開門信號B (10%)221tt 放 大 、放 大 、整形整形晶振晶振放 大 、放 大 、整形整形閘閘門門計數(shù)器計數(shù)器顯示顯示門控電路門控電路分頻電路分頻電路T0Tx0sTNT12xsNfTtt 12,sxxxTNTTttT 12(1)(1)xsxNTTttNT 1211sxTttNNT 12tt、12tt xsxsffNfNfN1N scscffffssxxT

6、NT fT1xcxsxcfffT ff 1xcxsxcfffT ff xsfTNNN116610110111xxff由測周的基本表達(dá)式： 根據(jù)誤差合成公式，可得： 式中， 和 分別為量化誤差和時標(biāo)周期誤差。 由 (Tc為晶振周期，k為倍頻或分頻比)， 有： 而計數(shù)值N為： 所以，00TTNNTTxx0 xTN TccxxccxccTfTkkTT fTT ff 1NNN00TT0cTkT00ccccTTfTTf 0 xxxccTTT fNTkTkccxxccxccTfTkkTT fTT ff sxTNT0 xTNT0smmTTTT0msTTT01msfTTxxTTTsinxmxvVttanxBx

7、vVdvdttannVTtan22)(12sin12cosmBxmBxmxBxmxvvxVVTVtVTtVdtdvtgBxtan2nxnmVTVTVBmVV12TT、22122xnnmTVTTTV10110nnscfxcTTNTNTNNTxTs=10nTcTcNffxfc/Nfc10110nnscfxcTTNTNTN1fNN1ccfNTN觸觸 發(fā)發(fā) 器器主主 門門I I時時 鐘鐘 f fc c計計 數(shù)數(shù) 器器 I I定定 標(biāo)標(biāo) 器器計計 數(shù)數(shù) 器器I II I主主 門門I II I門門 I II II I時時 基基 分分 頻頻 器器CTxTxcTNT預(yù)預(yù) 置置 到到 1 10 05 5 N N

8、cfN10ncT0000 xxxxsNNNffTN TN12TT、12TT、12TT、12TT、10TxT1T210TxTx1Tx10T2TxA1A1VnA2A2A9A9A10A1012xncxxcmcTVfkTmT fVfm 輸輸入入信信號號起起始始終終止止時時鐘鐘脈脈沖沖xT1T0T2T01201200 xNNTTTTNk000TN0/k整整形形、門門控控C C恒恒流流源源1kT1T起起始始控控制制信信號號1011 0 0 0NT2021 0 0 0NT12x00)1000NNTN（00起起始始脈脈沖沖停停止止脈脈沖沖輸輸入入信信號號開開門門脈脈沖沖（Q Q1 1）( (R R- -S S

9、觸觸發(fā)發(fā)器器) )開開門門脈脈沖沖（Q Q2 2）( (D D觸觸發(fā)發(fā)器器) )主主時時鐘鐘（F F0 01 1）游游標(biāo)標(biāo)脈脈沖沖1 1（F F0 02 2）游游標(biāo)標(biāo)脈脈沖沖2 2（F F0 02 2）x01 12 23 34 45 56 67 78 89 96 6N N2 2= =6 6N N0 0= =8 8N N1 1= =4 4T T0 01 1T T0 02 2T T0 02 2符符合合點點2 2符符合合點點1 11 12 23 34 45 51 12 23 34 45 512游標(biāo)法示意圖12、11 011 02N TN T11020110()N TTNT22020120()N TT

10、NT012001120()xN TNNT010100201TTKTTT020111TTK00201011TTTTK011200112001()()xTNNN TNNNTKK01012()TN KNNK121111.nNNNN11xxxxTfTfNn 11niiNNn1/n基基準(zhǔn)準(zhǔn)振振蕩蕩器器倍倍頻頻器器1 10 0M MH Hz z具具有有變變?nèi)萑菡{(diào)調(diào)相相器器的的1 10 0M MH Hz z回回路路K KA AG GC C放放大大器器E E齊齊納納噪噪聲聲源源5 50 00 0M MH Hz z已已調(diào)調(diào)制制時時基基脈脈沖沖5 50 0 xsIfN ff混頻器混頻器差頻放大器差頻放大器電子計數(shù)

11、器電子計數(shù)器諧波濾波器諧波濾波器諧波發(fā)生器諧波發(fā)生器輸入輸入f fx xf fI If fs s混頻器差頻放大器電子計數(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）混頻器壓控振蕩器電 子 計 數(shù)器鑒相器fx-NfLfsfLNfLxLsfNff00,xfffff 2010210000021ffffffffKfffffft0Kf121() ()()niiiniifftttt11111,12.nniiiiffttnnnnf f1 1f f2 21 1天天tf210ffKff fm mi in nf fm ma

12、ax x1 1天天tfmaxmin0ffSfa圖b圖m a xm in0ffSf00,xfffff 00( )sin2( )v tAf tt( ) t0( )( )( ),( )2tdtf tffftdt 00( )/2ftff00( )/2ftff000( ) ( )f tfff tff2210011niifn ffffn11niiffnf21012miiiafffm00( )/2( )fty tff20( )( )jftY fy t edt計計 數(shù)數(shù) 器器（ 1 1 ）門門 控控 2 2B B計計 數(shù)數(shù) 器器（ 2 2 ）A A 通通 道道閘閘 門門 時時 間間晶晶 振振時時 標(biāo)標(biāo)B B 通通 道道門門 控控 1 1A Aa ab bK K1 1a ab bK K2 21 12 23 34 411 00tNTt22 01tNTttvABC t t0 0t t1 1t t2 21110101MMfFN TN2202MfFN事事 件件 信信 號號門門 控控 信信 號號正正 反反 同同 步步 信信 號號M M1 1M M2 2時時 間間 信信 號號N N1 1N N2 2計計 數(shù)數(shù)計計 數(shù)數(shù)計計 數(shù)數(shù)計計 數(shù)數(shù)1t 2t 讀讀 、 清清 零零讀讀 、 清清 零零讀讀 、 清清 零零讀讀 、 清清 零零D D觸觸發(fā)發(fā)器器QQCLKD可可