電子測量技術(shù)基礎(chǔ)-第5章

1、E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)1E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)2E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)3E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.1 時間、頻率的基本概念 1.時間和頻率的定義 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)周期信號重復變化了N次，則頻率可表達為： fN/T 時間與頻率的關(guān)系：可以互相轉(zhuǎn)換。4E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.2 時間與頻率標準 1.時間與頻率

2、的原始標準 1)天文時標 原始標準應具有恒定不變性。 頻率和時間互為倒數(shù)，其標準具有一致性。 宏觀標準和微觀標準 宏觀標準：基于天文觀測； 微觀標準：基于量子電子學，更穩(wěn)定更準確。 世界時(UT,Universal Time):以地球自轉(zhuǎn)周期(1天)確定的時間，即1/(246060)=1/86400為1秒。其誤差約為107量級。5E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.2 時間與頻率標準(續(xù)) 為世界時確定時間觀測的參考點，得到 平太陽時：由于地球自轉(zhuǎn)周期存在不均勻性，以假想的平太陽作為基本參考點。 零類世界時(UT0 )：以平太陽的子夜0時為參考。 第一類世界時(UT1)：對地

3、球自轉(zhuǎn)的極移效應(自轉(zhuǎn)軸微小位移)作修正得到。 第二類世界時(UT2)：對地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化(影響自轉(zhuǎn)速率)作修正得到。準確度為3108 。 歷書時(ET)：以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為標準，即公轉(zhuǎn)周期(1年)的31 556 925.9747分之一為1秒。參考點為1900年1月1日0時(國際天文學會定義)。準確度達1109 。于1960年第11屆國際計量大會接受為“秒”的標準。6E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.2 時間與頻率標準(續(xù))2)原子時標基于天文觀測的宏觀標準用于測試計量中的不足 設(shè)備龐大、操作麻煩； 觀測時間長； 準確度有限。原子時標(AT)的量子電子學基礎(chǔ) 原子(分子

4、)在能級躍遷中將吸收(低能級到高能級)或輻射(高能級到低能級)電磁波，其頻率是恒定的。 hfn-m=En-Em 式中，h=6.625210-27為普朗克常數(shù)，En、Em為受激態(tài)的兩個能級，fn-m為吸收或輻射的電磁波頻率。7E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.2 時間與頻率標準(續(xù))2)原子時標 原子時標的定義 1967年10月，第13屆國際計量大會正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個超精細結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應的射線束持續(xù)9,192,631,770個周期的時間” 1972年起實行，為全世界所接受。秒的定義由天文實物標準過渡到原子自然標準，準確度提高了45個

5、量級，達510-14(相當于62萬年1秒)，并仍在提高。8E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.2 時間與頻率標準(續(xù))2)原子時標 原子鐘 原子時標的實物儀器，可用于時間、頻率標準的發(fā)布和比對。 銫原子鐘 準確度：10-1310-14。 大銫鐘，專用實驗室高穩(wěn)定度頻率基準；小銫鐘，頻率工作基準。 銣原子鐘 準確度： 10-11，體積小、重量輕，便于攜帶，可作為工作基準。 氫原子鐘 短期穩(wěn)定度高：10-1410-15，但準確度較低(10-12)。9E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.3 石英晶體振蕩器 電子計數(shù)器內(nèi)部時間、頻率基準采用石英晶體振蕩器(簡稱“晶振

6、”)為基準信號源。 基于壓電效應產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。但是晶振頻率易受溫度影響(其頻率-溫度特性曲線有拐點，在拐點處最平坦)，普通晶體頻率準確度為10-5。 采用溫度補償或恒溫措施(恒定在拐點處的溫度)可得到高穩(wěn)定、高準確的頻率輸出。 下圖為恒溫晶振的組成。10E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.3 石英晶體振蕩器(續(xù))11A 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E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.3 石英晶體振蕩器(續(xù)) 晶體振蕩器的主要指標有: 輸出頻率:

7、1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。 日波動:210-10；日老化:110-10；秒穩(wěn):510-12。 輸出波形:正弦波；輸出幅度:0.5Vrms(負載50)。 幾種不同類型的晶體振蕩器指標12普通1，1010-510-610-5溫度補償1，5，1010-610-710-6單恒溫槽1，2.5，5，1010-710-910-610-8雙恒溫槽2.5，5，1010-910-11優(yōu)于10-8E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述 例如： 在實驗室中研究頻率對諧振回路、電阻值、電容的損耗角或其他被研究電參量的影響時，能將頻率測到110-2量級的精確度或稍高

8、一點也就足夠了； 對于廣播發(fā)射機的頻率測量，其精確度應達到110-5量級； 對于單邊帶通信機則應優(yōu)于110-7量級； 對于各種等級的頻率標準，則應在110-8110-13級量之間。13E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù))14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計數(shù)法電容充放電法電子計數(shù)器法E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù)) 直讀法又稱利用無源網(wǎng)絡頻率特性測頻法，它包含有電橋法和諧振法15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

9、方法計數(shù)法電容充放電法電子計數(shù)器法E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù)) 比較法是將被測頻率信號與已知頻率信號相比較，通過觀、聽比較結(jié)果，獲得被測信號的頻率。屬比較法的有：拍頻法、差頻法、示波法。16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計數(shù)法電容充放電法電子計數(shù)器法E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù)) 計數(shù)法有電容充放電式和電子計數(shù)式兩種。17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計數(shù)法電容充放電法電子計數(shù)器法E-mail:

10、 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù)) 電容充放電是利用電子電路控制電容充放電的次數(shù)，再用磁電式儀表測量充、放電電流的大小，從而指示被測信號的頻率值。18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計數(shù)法電容充放電法電子計數(shù)器法E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù)) 電子計數(shù)器法是根據(jù)頻率的定義進行測量的一種方法，它是用電子計數(shù)器顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期個數(shù)來實現(xiàn)頻率的測量。19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計數(shù)法電容充放電法電子計

11、數(shù)器法E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.1.4 頻率測量方法概述(續(xù)) 數(shù)字化電子計數(shù)器法是時間、頻率測量的主要方法，是本章的重點。20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計數(shù)法電容充放電法電子計數(shù)器法E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)21E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.1 電子計數(shù)器概述 1)電子計數(shù)器的分類 按功能可以分為如下四類： (1)通用計數(shù)器：可測量頻率、頻率比、周期、時間間隔、累加計數(shù)等。其測量功能可擴展。 (2)頻率計數(shù)器：其功能限于測頻和計數(shù)。但測頻范圍往往很寬。 (3)時間計數(shù)器：以

12、時間測量為基礎(chǔ)，可測量周期、脈沖參數(shù)等，其測時分辨力和準確度很高。 (4)特種計數(shù)器：具有特殊功能的計數(shù)器。包括可逆計數(shù)器、序列計數(shù)器、預置計數(shù)器等。用于工業(yè)測控。22E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.1 電子計數(shù)器概述(續(xù)) 按用途可分為： 測量用計數(shù)器和控制用計數(shù)器。 按測量范圍可分為： (1)低速計數(shù)器(低于10MHz) (2)中速計數(shù)器(10100MHz) (3)高速計數(shù)器(高于100MHz) (4)微波計數(shù)器(180GHz)23E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.1 電子計數(shù)器概述(續(xù))2)主要技術(shù)指標(1)測量范圍：毫赫幾十GHz。(2)準確度

13、：可達10-9以上。(3)晶振頻率及穩(wěn)定度：晶體振蕩器是電子計數(shù)器的內(nèi)部基準，一般要求高于所要求的測量準確度的一個數(shù)量級(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10-710-9。(4)輸入特性：包括耦合方式(DC、AC)、觸發(fā)電平(可調(diào))、靈敏度(10100mV)、輸入阻抗(50 低阻和1M /25pF高阻)等。(5)閘門時間(測頻)：有1ms、10ms、100ms、1s、10s。(6)時標(測周)：有10ns、100ns、1ms、10ms。(7)顯示：包括顯示位數(shù)及顯示方式等。24E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)

14、5.2.1 電子計數(shù)器概述(續(xù))3)電子計數(shù)器的發(fā)展 測量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智能化。 測量準確度和頻率上限是電子計數(shù)器的兩個重要指標，電子計數(shù)器的發(fā)展體現(xiàn)了這兩個指標的不斷提高及功能的擴展和完善。 例子： 通道：兩個225MHz通道，也可選擇 第三個12.4GHz通道。 每秒12位的頻率分辨率、150ps的時間間隔分辨率。 測量功能：包括頻率、頻率比、時間間隔、上升時間、下降時間、相位、占空比、正脈沖寬度、負脈沖寬度、總和、峰電壓、時間間隔平均和時間間隔延遲。 處理功能：平均值、最小值、最大值和標準偏差。25E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.2 電子計數(shù)法測頻原理

15、 若某一信號在T秒時間內(nèi)重復變化了N次，則根據(jù)頻率的定義，可知該信號的頻率fx為 通常了取ls或其它十進時間，如l0s，0.1s，0.01等26TNfx(5.2.1)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.2 電子計數(shù)法測頻原理(續(xù))27圖5.21 計數(shù)式頻率計框圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.2 電子計數(shù)法測頻原理(續(xù))28圖5.21 計數(shù)式頻率計波形圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.2 電子計數(shù)法測頻原理(續(xù)) 時間基準T產(chǎn)生電路。這部分的作用就是提供準確的計數(shù)時間T。它一般由高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器、分頻整形電路與門控(雙穩(wěn))電

16、路組成。 晶體振蕩器輸出的正弦信號(頻率為fc，周期為Tc)，經(jīng)m次分頻、整形得周期為T=mTc的窄脈沖，以此窄脈沖觸發(fā)一個雙穩(wěn)(即門控)電路，從門控電路輸出端即得所需要的寬度為基準時間T的脈沖，它又稱為閘門時間脈沖。29E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.2 電子計數(shù)法測頻原理(續(xù)) 計數(shù)脈沖形成電路。這部分電路的作用是將被測的周期信號轉(zhuǎn)換為可計數(shù)的窄脈沖。 它一般由放大整形電路和主門(與門)電路組成。被測輸入周期信號(頻率為fx，周期為Tx)經(jīng)放大整形得周期為Tx的窄脈沖，送主門的一個輸入端。主門的另一控制端輸入的是時間基準產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門 期間

17、，周期為Tx的窄脈沖才能經(jīng)過主門，在主門的輸出端產(chǎn)生輸出。在閘門脈沖控制下主門輸出的脈沖，將輸入計數(shù)器計數(shù)，所以將主門輸出端脈沖稱為計數(shù)脈沖。30E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.2 電子計數(shù)法測頻原理(續(xù)) 計數(shù)顯示電路。這部分電路的作用，簡單地說，就是計數(shù)被測周期信號重復的次數(shù)，顯示被測信號的頻率。它一般由計數(shù)電路、邏輯控制電路、譯碼器和顯示器組成。在邏輯控制電路的控制下，計數(shù)器對主門輸出端計數(shù)脈沖實施二進制計數(shù)，其輸出經(jīng)譯碼器轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，輸出到數(shù)碼管或顯示器件顯示。因時基T都是10的整次冪倍秒，所以顯示出的十進制數(shù)就是被測信號的頻率。其單位可能是Hz，kHz，MH

18、z。這部分電路中邏輯控制電路，用來控制計數(shù)器的工作程序(準備計數(shù)顯示復零準備下一次測量)。31E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算 理論上講，不管對什么物理量的測量，不管采用什么樣的測量方法，只要進行測量，就有誤差存在。 誤差分析的目的就是要找出引起測量誤差的主要原因，從而有針對性地采取有效措施，減小測量誤差，提高測量的精確度。 下面我們來分析電子計數(shù)測頻的測量誤差。32E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算(續(xù)) 由式 得： 從式(5.22)可以看出：電子計數(shù)測量頻率方法引起的頻率測量相對誤差，由計數(shù)器累計脈沖數(shù)相對誤差和標準

19、時間相對誤差兩部分組成。因此，對這兩種相對誤差我們可以分別加以討論，然后相加得到總的頻率測量相對誤差。33TNfxTTNNffxx(5.22)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算(續(xù)) 1.量化誤差1誤差 在測頻時，主門的開啟時刻與計數(shù)脈沖之間的時間關(guān)系是不相關(guān)的，即是說它們在時間軸上的相對位置是隨機的。這樣，既便在相同的主門開啟時間T(先假定標準時間相對誤差為零)內(nèi)，計數(shù)器所計得的數(shù)卻不一定相同，這便是量化誤差(又稱脈沖計數(shù)誤差)即1誤差產(chǎn)生的原因。34E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算(續(xù)) T為計數(shù)器的主門開啟時間，T

20、x為被測信號周期，t1為主門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間(假設(shè)計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù))，t2為閘門關(guān)閉時刻至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。設(shè)計數(shù)值為N(處在T區(qū)間之內(nèi)窄脈沖個數(shù)，圖中N6)，由圖可見， 脈沖計數(shù)最大絕對誤差即1誤差 聯(lián)系式(5.25)，寫脈沖計數(shù)最大相對誤差為35圖5.22 脈沖計數(shù)誤差示意圖xxxxTttNTTttNttNTT212121 1NTfNNNx11E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算(續(xù)) 2.閘門時間誤差(標準時間誤差) 閘門時間不準，造成主門啟閉時間或長或短，顯然要產(chǎn)生測頻誤差。閘門信號T是由晶振信號分頻而得。設(shè)晶振頻

21、率為fc。(周期為Tc)，分頻系數(shù)為m，所以有：36ccfmmTT122ccccTfdfTdTfdfmd(5.2-7) 對式(5.2-7)微分，得由式(5.2-8)、(5.2-7)可知(5.2-8)(5.2-9)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算(續(xù)) 考慮相對誤差定義中使用的是增量符號，所以用增量符號代替式(5.29)中微分符號，改寫為 式(5.2-10)表明：閘門時間相對誤差在數(shù)值上等于晶振頻率的相對誤差。將式(5.2-6)、(5.2-10)代入式(5.2-2)得 ： fc有可能大于零，也有可能小于零。若按最壞情況考慮，測量頻率的最大相對誤差應寫為37c

22、cffTTccxxxffTfff1(5.2-11)(5.2-10)ccxxxffTfff1(5.2-12)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.3 誤差分析計算(續(xù)) 根據(jù)誤差分析，要提高頻率測量的準確度，應采取如下措施： (1).提高晶振頻率的準確度和穩(wěn)定度以減小閘門時間誤差 (2).擴大閘門時間T或倍頻被測信號頻率以減小1誤差 (3).被測信號頻率較低時，采用測周期的方法測量。38E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.4 測量頻率范圍的擴大 電子計數(shù)器測量頻率時，其測量的最高頻率主要取決于計數(shù)器的工作速率，而這又是由數(shù)字集成電路器件的速度所決定的。 目前計數(shù)

23、器測量頻率的上限為幾十GHz左右，為了能測量更高頻率，有許多種擴大測量頻率范圍的方法。這里我們只介紹一種稱之為外差法擴大頻率測量范圍的基本原理。39E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.4 測量頻率范圍的擴大(續(xù))40圖5. 23 外差法擴頻測量原理框圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.2.4 測量頻率范圍的擴大(續(xù)) 圖5.2-3為外差法擴頻測量的原理框圖。設(shè)計數(shù)器直接計數(shù)的頻率為fA。被測頻率為fx ， fx高于fA 。本地振蕩頻率為fL ， fL為標準頻率fc 經(jīng)m次倍頻的頻率。 fx與fx兩者混頻以后的差頻為： 用計數(shù)器頻率計測得fA ，再加上fL即m

24、fc ，便得被測頻率41LxAfff(5.2-13)AcALxfmffff(5.2-14)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)42E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.1 電子計數(shù)法測量周期的原理43 圖5.31 計數(shù)法測量周期原理框圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)44圖5.21 計數(shù)式頻率計框圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.1 電子計數(shù)法測量周期的原理(續(xù))45 圖5.32 圖5.31中各點波形E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.1 電子計數(shù)法測量周期的原理(續(xù)) 圖5.31是應用計數(shù)器測量信號周期的原理框圖。

25、將它與圖5.21對照，可以看出，它是將圖5.21中晶振標準頻率信號和輸入被測信號的位置對調(diào)而構(gòu)成的。 當輸入信號為正弦波時，圖中各點波形如圖5.32所示?？梢钥闯觯粶y信號經(jīng)放大整形后，形成控制閘門脈沖信號，其寬度等于被測信號的周期Tx。晶體振蕩器的輸出或經(jīng)倍頻后得到頻率為fc的標準信號，其周期為Tc ，加于主門輸入端，在閘門時間Tx內(nèi)，標準頻率脈沖信號通過閘門形成計數(shù)脈沖，送至計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)譯碼顯示計數(shù)值N。 由圖5.32所示的波形圖可得 當Tc為一定時，計數(shù)結(jié)果可直接表示為Tx值。例如Tc1s，N562時，則Tx =562s。46ccxfNNTTE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)

26、 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析 對(5.31)式 微分，得： 式(5.32)兩端同除NTc 即Tx，得： 即：47ccxfNNTTccxNdTdNTdT(5.3-2)cccxTdTNdNNTdTccxxTdTNdNTdT(5.3-3)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 用增量符號代上式中微分符號，得48ccxxTTNNTT(5.3-4)因 ，Tc上升時， fc下降，所以有ccfT1ccccffTT N為計數(shù)誤差，在極限情況下，量化誤差 ，所以1NxcxcccTfTTNTTNNN11E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)

27、 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 由于晶振頻率誤差 ，的符號可能正，可能為負，考慮最壞情況，因此應用式(5.34)計算周期誤差時，取絕對值相加，所以改寫式(5.34)為： 例如，某計數(shù)式頻率計 ，在測量周期時，取 ，則當被測信號周期 時： 其測量精確度很高，接近晶振頻率準確度。當 時，測量誤差為49ccff /xcccccxxTTffNffTT1 (5.35)7102/ccffsTc1sTx1667102 . 1)101102(xxTTmsTx1%1 . 0)1010102(367xxTTE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)

28、) 當 時， 由這幾個簡單例子數(shù)量計算結(jié)果，可以明顯看出，計數(shù)器測量周期時，其測量誤差主要決定于量化誤差，被測周期越大(fx越小)時誤差越小，被測周期越小(fx大)時誤差越大。50)100(10kHzfsTxx%10)101102(7xxTTxcccccxxTTffNffTT1E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 為了減小測量誤差，可以減小Tc(增大fc)，但這受到實際計數(shù)器計數(shù)速度的限制。在條件許可的情況下，盡量使fc增大。另一種方法是把Tx擴大m倍，形成的閘門時間寬度為mTx ，以它控制主門開啟，實施計數(shù)。計數(shù)器計數(shù)結(jié)果為： 表明了量

29、化誤差降低了m倍。51xcccccxxTTffNffTT1cxTmTN cxccxcccxxfmTffmTTffTT1E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 在通用電子計數(shù)器中，測頻率和測周期的原理及其誤差的表達式都是相似的，但是從信號的流通路徑來說則完全不同。測頻率時，標準時間由內(nèi)部基準即晶體振蕩器產(chǎn)生。一般選用高精確度的晶振，采取防干擾措施以及穩(wěn)定觸發(fā)器的觸發(fā)電平，這樣使標準時間的誤差小到可以忽略。測頻誤差主要決定于量化誤差(即土1誤差) 。 在測量周期時，信號的流通路徑和測頻時完全相反，這時內(nèi)部的基準信號，在閘門時間信號控制下通過主門

30、，進入計數(shù)器。閘門時間信號則由被測信號經(jīng)整形產(chǎn)生，它的寬度不僅決定于被測信號周期T，還與被測信號的幅度、波形陡直程度以及疊加噪聲情況等有關(guān)，而這些因素在測量過程中是無法預先知道的，因此測量周期的誤差因素比測量頻率時要多。52E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 在測量周期時，被測信號經(jīng)放大整形后作為時間閘門的控制信號(簡稱門控信號)，因此，噪聲將影響門控信號(即Tx)的準確性，造成所謂觸發(fā)誤差。如圖5.33所示，若被測正弦信號為正常的情況，在過零時刻觸發(fā)，則開門時間為Tx。 若存在噪聲，有可能使觸發(fā)時間提前T1 ，也有可能使觸發(fā)時間延遲T

31、2 。若粗略分析，設(shè)正弦波形過零點的斜率為 角如圖中虛線所標，則得,tgtgUTtgUTnn21(5.3-8)(5.3-9)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)圖5.33 觸發(fā)誤差示意圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 式中Un為被測信號上疊加的噪聲“振幅值”.當被測信號為正弦波，即 ，門控電路觸發(fā)電平為Up，則tUuxmxsin)(12sin12cos2|2mpmxpxmxpxmxttuuUUUTtUTtUfdtduxtgppx(5.3-10)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差

32、分析(續(xù)) 將式(5.3-10)代入式(5.3-8)、(5.3-9)，可得 因為一般門電路采用過零觸發(fā)，即 ，因此56221)(12mpmxnUUUTUTT(5.3-11)0pUmnxUUTTT221(5.3-12)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 在極限情況下，開門的起點將提前T1，關(guān)門的終點將延遲T2 ，或者相反。根據(jù)隨機誤差 的合成定律，可得總的觸發(fā)誤差57mnxmnxnUUTUUTTTT222)()(2221(5.3-13)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 如前類似分

33、析，若門控信號周期擴大k倍，則由隨機噪聲引起的觸發(fā)相對誤差可降低為58mnxnUUkTT21(5.3-14)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.2 電子計數(shù)器測量周期的誤差分析(續(xù)) 分析至此，若考慮噪聲引起的觸發(fā)誤差，那么，用電子計數(shù)器測量信號周期的誤差共有三項，即量化誤差(1誤差)，標準頻率誤差和觸發(fā)誤差。按最壞的可能情況考慮，在求其總誤差時，可進行絕對值相加，即 式中k為“周期倍乘”數(shù)。59mncccxxxUUkfffkTTT211(5.3-15)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.3 中介頻率 上式表明，被測信號頻率fx越高，用計數(shù)法測量頻率的精確度

34、越高 而上式表明，被測信號周期Tx越長，用計數(shù)法測量周期的測量精確度越高，顯然二者結(jié)論是對立的。因為頻率與周期有互為例數(shù)關(guān)系，所以頻率、周期的測量可以相互轉(zhuǎn)換，即是說測信號周期可以先測出頻率，經(jīng)倒數(shù)運算得到周期；測信號頻率，可以先算出周期，再經(jīng)倒數(shù)運算得到頻率。人們自然會想到，測高頻信號頻率時，用計數(shù)法直接測出頻率；測低頻信號頻率時，用計數(shù)法先測其周期，再換算為頻率，以期得到高精度的測量。60ccxxxffTfff1xcccccxxTTffNffTT1E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.3 中介頻率(續(xù)) 若測信號的周期，可以采取與上相反的過程。所謂高頻、低頻是以稱之為“中界

35、頻率”的頻率為界來劃分的?！爸薪珙l率”是這樣來定義的：對某信號使用測頻法和測周法測量頻率，兩者引起的誤差相等，則該信號的頻率定義為中界頻率，記為f0。 忽略周期測量時的觸發(fā)誤差，根據(jù)上面所述中界頻率的定義，考慮 ，之關(guān)系，令式(5.2-12)與式(5.3-5)取絕對值相等，即61xxxxffTT/ccxxcccffTfTTff1(5.3-16)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.3 中介頻率(續(xù)) 將上式中fx換為中界頻率f0，Tx換為T0再寫為1/ f0 ，Tc寫為1/fc ，則式(5.3-16)書寫為 由式(5.317)解得中界頻率 如若頻率測量時以擴大閘門時間n倍(擴大

36、標準信號周期Tcn倍)來提高頻率測量精確度，這時，式(5.2-12)變?yōu)?2Tfffc001(5.3-17)Tffc0(5.3-18)ccxxxffTnfff1(5.3-19)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.3 中介頻率(續(xù)) 周期測量時， 以擴大閘門時間k倍(擴大待測信號周期k倍)，來提高周期測量精確度，這 時式(5.3-5)變?yōu)?對式(5.3-18)的推導過程，可得中介頻率更一般的定義式，即63ccxcffkTTTxTx(5.3-20)nTkffc0(5.3-21)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.3.3 中介頻率(續(xù)) 例1 某電子計數(shù)器，若可取的最

37、大的T、 f0值分別為10s、100MHz，并取k=104， n=102，試確定該儀器可以選擇的中界頻率f0 。 解： 將題目中的條件代入式(5.321)，得 所以本儀器可選擇的中界頻率 。kHznTkffc62.31101001001040kHzf62.310E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)65E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.1 時間間隔測量原理 圖5.41 時間隔測量原理框圖E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.1 時間間隔測量原理(續(xù))圖5.4-1為測量時間間隔的原理框圖。它有兩個獨立的通道輸入，即A通道與B通道。一個通道產(chǎn)生打開時間閘門

38、的觸發(fā)脈沖，另一個通道產(chǎn)生關(guān)閉時間閘門的觸發(fā)脈沖。對兩個通道的斜率開關(guān)和觸發(fā)電平作不同的選擇和調(diào)節(jié)，就可測量一個波形中任意兩點間的時間間隔。每個通道都有一個倍乘器或衰減器，觸發(fā)電平調(diào)節(jié)和觸發(fā)斜率選擇的門電路。圖中開關(guān)K用于選擇二個通道輸入信號的種類。K在“1”位置時，兩個通道輸入相同的信號，測量同一波形中兩點間的時間間隔；K在“2”位置時，輸入不同的波形，測量兩個信號間的時間間隔。在開門期間，對頻率為fc或n fc的時標脈沖計數(shù)，這與測周期時計數(shù)的情況相似?？驁D中衰減器將大信號減低到觸發(fā)電平允許的范圍內(nèi)。A和B兩個通道的觸發(fā)斜率可任意選擇為正或負，觸發(fā)電平可分別調(diào)節(jié)。觸發(fā)電路用來將輸入信號和觸

39、發(fā)電平進行比較，以產(chǎn) 生啟動和停止脈沖。67E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.1 時間間隔測量原理(續(xù)) 如需要測量兩個輸入信號u1和u2之間的時間間隔，可使K置“2”，兩個通道的觸發(fā)斜率都選為“+”，當分別用U1和U2完成開門和關(guān)門來對時標脈沖計數(shù)，便能測出U2相對于U1的時間延遲tg，如圖5.4-2所示，即完成了兩輸入信號u1和u2之間的時間間隔的測量。68圖5.42 測量兩信號間的時間間隔 E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.1 時間間隔測量原理(續(xù)) 若需要測量某一個輸入信號上任意兩點之間的時間間隔，則把

40、K置“1”位，如圖543(a)、(b)所示。圖(a)情況，兩通道的觸發(fā)斜率也都選“+”，U1、U2分別為開門和關(guān)門電平。圖(b)情況，開門通道的觸發(fā)斜率選“+”，關(guān)門通道的觸發(fā)斜率選“-”。同樣， U1、U2分別為開門和關(guān)門電平。70圖5.43 測量同一信號波形上的任意兩點間的時間間隔E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.2 誤差分析 電子計數(shù)器測量時間間隔的誤差與測周期時類似，它主要由量化誤差、觸發(fā)誤差和標準頻率誤差三部分構(gòu)成。由測時間間隔的原理框圖5.4l可以看出，測時間間隔不能像測周期那樣可以把被測時間Tx擴大k倍來減小量化誤差。所以，測量時間間隔的誤差一般來說要比測周期

41、時大。下面作具體分析。71E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.2 誤差分析 設(shè)測量時間間隔的真值即閘門時間為 ，偏差為 ，并考慮被測信號為正弦信號時的觸發(fā)誤差，類似測量周期時的推導過程，可得測量時間間隔時誤差表示式為 式中，Um、Un分別為被測信號、噪聲的幅值。 為了減小測量誤差，通常盡可能的采取一些技術(shù)措施。例如，選用頻率穩(wěn)定度好的標準頻率源以減小標準頻率誤差；提高信號噪聲比以減小觸發(fā)誤差；適當提高標準頻率fc以減小量化誤差。實際中， fc不能無限制的提高，它要受計數(shù)器計數(shù)速度的限制。72xTxTmncccxxxUUfffTTT211(5.4-1)mncccxxxUUfff

42、TTT211(5.3-15)E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.4.2 誤差分析 在實際中還可以用改進電路來提高測量時間間隔的精確度，當然這對提高測周期和測頻率的精確度同樣是有效的。通常提高測時精確度的方法有三種： 采用數(shù)字技術(shù)的游標法； 采用模擬技術(shù)的內(nèi)插法； 平均測量技術(shù)。 前兩種方法都是設(shè)法測出整周期數(shù)以外的尾數(shù)，減小1誤差，來達到提高測量精確度的目的。73E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.1 多周期同步測量技術(shù) 1)倒數(shù)計數(shù)器； 5.5.2 模擬內(nèi)插法 1)內(nèi)插法原理； 2)時間擴展電路 5.5.3 游標法 5.5.4 平均法74E-mail: 西南科

43、技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.1 多周期同步測量技術(shù) 1)倒數(shù)計數(shù)器 如前述，對低頻信號，為減小量化誤差，宜采用測周方案。但測周時不能直接得到頻率值的顯示結(jié)果，為得到頻率值顯示，硬件上采用了一種特殊設(shè)計即倒數(shù)計數(shù)器。 原理：首先按測周模式，設(shè)計數(shù)值為N，再設(shè)法將1/N予以顯示。 思路：設(shè)測周的時標來自 晶振(Tc)，測頻的閘門 為Ts=10nTc，則測頻時 計數(shù)值 式中，N為測周時的計數(shù)值。7510110nnscfxcTTNTNTNNTxTs=10nTcTcNffxfc/NfcE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.1 多周期同步測量技術(shù) 1)倒數(shù)計數(shù)器 式 表明， 實現(xiàn)：首先

44、對被測信號測周，得計數(shù)值N，再在10nTc閘門時間內(nèi)對 (晶振的N分頻)計數(shù)，即得計數(shù)值Nf。7610110nnscfxcTTNTNTN1fNN1ccfNTN原理圖 圖中計數(shù)器1和計數(shù)器2分別工作在測周和測頻模式。預定標器(由加法計數(shù)器構(gòu)成)起著分頻器作用。 主門2的閘門和輸入計數(shù)脈沖同步。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定定標標器器計計數(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預預置置到到1 10 05 5N NcfN10ncTE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.2 模擬內(nèi)插法 一般

45、時間間隔測量的局限性：為減小量化誤差，需減小時標以增大計數(shù)值，但時標的減小受時基電路和計數(shù)器最高工作頻率限制，而計數(shù)器也有最大計數(shù)容量的限制(最大計數(shù)值) 內(nèi)插法對已存在的量化誤差，測量出量化單位以下的尾數(shù)(零頭時間)。如下圖所示，則準確的Tx為：Tx=T0+T1-T2 為實現(xiàn)T1-T2的測量， 有模擬和數(shù)字兩種方法。輸輸入入信信號號起起始始終終止止時時鐘鐘脈脈沖沖xT1T0T2TE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.2 模擬內(nèi)插法1)模擬內(nèi)插法原理由于T1和T2均很小(小于時標)，采用普通的“時標計數(shù)法”難以實現(xiàn)(需要非常小的時標)。其實現(xiàn)的基本思路是：對T1和T2作時間擴展

46、(放大)后測量。 三次測量 若T1、T2均擴展k倍，采用同一個時標(設(shè)為 )分別測量T0、kT1、kT2，設(shè)計數(shù)值分別為：N0、N1、N2， 則： 意義：上式由于 不存在量化誤差，總量化誤差由(N1-N2)引起，降低了k倍。相當于用 時標的普通時間測量。01201200 xNNTTTTNk000TN0/kE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.2 模擬內(nèi)插法 2)時間擴展電路 工作原理: 以恒流源對電容器C充電，設(shè)充電時間為T1，而以(k-1)T1(可近似為kT1)時間緩慢放電，當放電到原電平時，所經(jīng)歷的時間為： T1=T1+(k-1)T1=kT1，即得到T1的k倍時間擴展。在k

47、T1時間內(nèi)對時標計數(shù)。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E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.3 游標法 1)游標法的原理 數(shù)字式游標法實現(xiàn)的原理和游標卡尺的原理相似，是利用相差很微小的兩個量，對其量化單位以下的差值進行多次的疊加，直到疊加的值達到一個量化單位為止，通過相關(guān)的計算便可以獲得較精確的差值。設(shè)主時鐘頻率F011/T01和游標時鐘F021/T02。F01F02 (T01T01，設(shè)經(jīng)過N1個計數(shù)值后,游標脈沖與主脈沖重合(圖中符合點1)。此時： 即：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）( (

48、R R- -S S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）游游標標脈脈沖沖1 1（F F0 02 2）游游標標脈脈沖沖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 51212、11 011 02N TN T11020110()N TTNTE-mail: 西南科

49、技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.3 游標法 1)游標法的原理 同樣，在關(guān)門時(主時鐘計數(shù)停止)啟動游標脈沖2開始計數(shù)，由于T02T01，設(shè)經(jīng)過N2個計數(shù)值后，游標脈沖與主脈沖重合(圖中符合點2)。此時，有： 則，被測時間間隔為： 定義擴展系數(shù)K， 則游標時鐘周期用K可表示為： 而 于是，被測時間間隔可寫成： 可見，數(shù)字游標法將測時分辨力由T01提高到了T01/K。22020120()N TTNT012001120()xN TNNT010100201TTKTTT020111TTK00201011TTTTK011200112001()()xTNNN TNNNTKK01012()TN KNNKE-m

50、ail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.3 平均法 1)平均法原理 硬件平均法測量 測頻：在基本頻率測量中，取樣時間(即閘門時間)內(nèi)對N個周期脈沖進行累加計數(shù)，實際上已是對N個周期進行了平均。 測周：多周期測量即是硬件上的平均測量。 硬件平均法的局限：單次測量的時間有限；計數(shù)容量有限 軟件平均法 單次測量(測頻和測周)總是存在量化誤差，這是一種隨機誤差,它在1/N1/N范圍內(nèi)(誤差限1/N)均勻分布。 多次測量取平均。利用隨機誤差的抵償性，可采取多次測量取平均的辦法，減小測量誤差。E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.5.3 平均法 1)平均法原理 設(shè)連續(xù)進行有限次(n次)

51、測量，計數(shù)值分別為N1、N2、Nn，其算術(shù)平均值為： 由于N1N2 Nn N，各次的量化誤差為： 對各單次測量的量化誤差采用均方根合成，根據(jù)算術(shù)平均值的性質(zhì)，其誤差將減小到單次測量的 即：121111.nNNNN11xxxxTfTfNn 11niiNNn1/nE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.1 變頻法 1)變頻法原理 2)組成框圖 5.6.2 置換法 1)置換法原理 2)組成框圖85E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 通用電子計數(shù)器受內(nèi)部計數(shù)器等電路的工作速度的限制，對輸入信號直接計數(shù)存在最高計數(shù)頻率的限制。 中速計數(shù)器采用“預定標器”(由ECL電路構(gòu)成的分頻器

52、)，將輸入信號進行分頻后，再由計數(shù)器計數(shù)。 對于幾十GHz的微波計數(shù)器，主要采用變頻法和置換法將輸入微波頻率信號變換成可直接計數(shù)的中頻。 5.6.1 變頻法 1)變頻法原理 變頻法(或稱外差法)是將被測微波信號經(jīng)差頻變換成頻率較低的中頻信號，再由電子計數(shù)器計數(shù) 變頻法的原理框圖如下86E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.1 變頻法電子計數(shù)器主機內(nèi)送出的標準頻率fs，經(jīng)過諧波發(fā)生器產(chǎn)生高次諧波，再由諧波濾波器選出所需的諧波分量Nfs，它與被測信號fx混頻出差頻fI。若由電子計數(shù)器測出fI，則被測頻率fx為 ： 為適應fx的變化，諧波濾波器應能夠選出合適的諧波分量Nfs。87混頻

53、器混頻器差頻放大器差頻放大器電子計數(shù)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 sxsIfN ffE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.1 變頻法 2)組成框圖自動變頻式微波計數(shù)器的原理方框圖如下圖所示。 88E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.1 變頻法 工作原理 諧波發(fā)生器：輸入為計數(shù)器標準頻率信號fs。采用階躍恢復二極管，以產(chǎn)生豐富的諧波Nfs。 諧波濾波器：采用YIG(單晶鐵氧體材料)電調(diào)諧濾波器，其諧振頻率可在很寬范圍實現(xiàn)電調(diào)。 掃描捕獲電路：產(chǎn)生階梯波電流，控制YIG的外加磁場，使YIG的諧振頻率從

54、低到高步進式地改變，從而可逐次選出不同的各次諧波。 差頻放大器、檢波器：當諧波濾波器輸出的某次諧波Nfs與待測頻率fx的差頻fI(fxNfs)落在差頻放大器的帶寬(1101MHz) 范圍內(nèi)時， fI經(jīng)放大、檢波后輸出一直流電壓，使掃描捕獲電路停止掃描，因而YIG固定地調(diào)諧在N次諧波上。 89E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.1 變頻法 微波計數(shù)器的顯示 當YIG調(diào)諧成功(選擇的諧波分量Nfs被確定)后，控制電路直接將Nfs在高位上顯示。 而fI=fx-Nfs則由計數(shù)器計數(shù)并顯示在Nfs位之后。這樣，便得到fx=Nfs+fI。 例如：若fx=1234.567890MHz，標準

55、頻率fs=100MHz。則YIG應調(diào)諧在N=12次諧波上，即Nfs=1200MHz，高位直接顯示“12”。計數(shù)器再對差頻信號fI=fx -Nfs=34 .567890MHz計數(shù)，最后顯示為“12 34.567890”MHz。 變頻法特點：諧波Nfs幅度低，靈敏度低，但分辨力高。90E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.2 置換法 1)置換法原理 利用一個頻率較低的置換振蕩器的N次諧波，與被測微波頻率fx進行分頻式鎖相，從而把fx轉(zhuǎn)換到較低的頻率fL(通常為100MHz以下)。原理框圖如下： 當環(huán)路鎖定時，有： 式中，fs為已知的標準頻率，計數(shù)器直接對fL計數(shù)，但為得到fx，還需

56、確定N值。91xLsfNffE-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.2 置換法 2)組成方框圖全自動置換法微波計數(shù)器的方框圖如下圖所示。 92E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.6.2 置換法 工作原理 主通道：fx與fL的N次諧波NfL經(jīng)混頻器A，由差頻放大器取出fI=fx-NfL，當環(huán)路鎖定時：fI=fx-NfL=fs。即有：fx=NfL+fs。fL由計數(shù)器直接計數(shù)。 輔助通道：用于確定N。fL與標準頻率發(fā)生器(F0=1kHz)經(jīng)混頻器C得到差頻：fL-F0，其N次諧波與fx經(jīng)混頻器B，由差頻放大器取出fI=fx-N(fL- F0)=fs-NF0。再經(jīng)過混頻器D

57、得到NF0 ，它與F0經(jīng)“與門”后得到N。 時基擴展器：為得到NfL的計數(shù)值，將閘門時間擴展N倍后對fL計數(shù)，其計數(shù)值相當于原閘門內(nèi)對NfL計數(shù)。 fx的顯示： 由fx=NfL+fs，將fs預置后與NfL計數(shù)值顯示。 置換法特點：鎖相環(huán)路增益高，靈敏度高，分辨力較差。93E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ) 5.7.1 調(diào)制域測量 1)調(diào)制域測量 2)調(diào)制域測量的意義 5.7.2 時頻測量原理 1)瞬時頻率測量原理 2)無間隔計數(shù)器的實現(xiàn) 3)提高測量速度與分辨力的方法 4)調(diào)制域分析的應用 5)發(fā)展動態(tài)94E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)1)調(diào)制域測量時域與頻域分析的局限

58、性一個實際的信號可以從時域和頻域進行描述和分析，時域分析可以了解信號波形(幅值)隨時間的直觀變化；頻域分析則可以了解信號中所含頻譜分量，但是，卻不能把握各頻譜分量在何時出現(xiàn)。調(diào)制域概念在通信等領(lǐng)域中，各種復雜的調(diào)制信號越來越多地被人們使用，因而，常常需要了解信號頻率隨時間的變化，以便對調(diào)制信號等進行有效分析即調(diào)制域分析。調(diào)制域即指由頻率軸(F)和時間軸(T)共同構(gòu)成的平面域，在這個平面域中清楚地反映了信號的頻率隨時間調(diào)制的情況。E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)下圖所示描述了同一信號在時域(V-T)、頻域(V-F)、調(diào)制域(F-T)的特性。調(diào)制域分析儀能夠完成調(diào)制域分析的測量儀器稱為調(diào)制域分析儀。調(diào)制域測量技術(shù)是對時域和頻域測量技術(shù)的補充和完善。E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)2)調(diào)制域測量的意義調(diào)制域描繪出了頻率、時間間隔或相位等隨時間的變化曲線。方便地表達出頻域和時域中難以描述的信號參數(shù)和信號特性。為人們對復雜信號的測試和分析提供了方便直觀的方法，解決了一些難以用傳統(tǒng)方法或不可能用傳統(tǒng)方法解決的難題。 E-mail: 西南科技大學電子測量技術(shù)基礎(chǔ)1)瞬時頻率測量原理瞬時頻率的概念信號頻率隨時間的變化，可將頻