等精度测频原理--频率计
等精度测频原理--频率计
本系统采用等精度测频的原理来测量频率，其原理如图2所示。
图2 等精度测频原理图
图2中的门控信号是可预置的宽度为Tpr的一个脉冲。CNT1和CNT2是两个可控计数器。标准频率信号从CNT1的时钟输入端FS输入，其频率为Fs；被测信号经整形后从CNT2的时钟输入端FIN输入，设其实际频率为Fxe，测量频率为Fx。
当门控信号为高电平时，被测信号的上沿通过D触发器的Q端同时启动计数器CNT1和CNT2。对被测信号Fx和标准频率信号Fs同时计数。当门控信号为低电平时，随后而至的被测信号的上沿将使这两个计数器同时关闭。设在一次门控时间Tpr中对被测信号计数值为Nx，对标准频率信号的计数值为Ns，则：
Fx/Nx=Fs/Ns(标准频率和被测频率的门宽时间Tpr完全相同)就可以得到被测信号的频率值为:
Fx=(Fs/Ns)×Nx
精度测量消除了对被测信号计数所产生的正负1误差，并且达到了在整个测试频段的等精度测量，测量信号的精度不随所测信号频率的变化而变化。
测量细节
采样间隔时间长，有利于提高分辨力。 通过时间积分后平均来减少各种噪声和瞬时因素的影响。
对于较高的频率信号，测试精度取决于系统时钟精度。从原理部分公式也可以看出，参考时钟是关键，jitter较大的参考时钟测量结果精度无法保证。
要测更高的频率，采用预分频器。 测量模块的测量范围由硬件和软件决定，更高频率只能分频后来进入测量范围。
对于较低的频率信号，增加测试时间来提高分辨力，同第一条。
相同的闸门时间，频率低的被测信号，如果被测信号存在jitter，则因为计数数目比较少，难以对其进行平均，误差相对大些。
因此可以先预测，根据预测情况来调整闸门时间，从而保证量程内的测量精度。
目前频率测量主要有3 种实现方法[1 ]。(1) 直接测频法。直接测频法是把被测频率信号经脉冲形成电路后加到闸门的一个输入端, 只有在闸门开通时间t 内, 被计数的脉冲才被送到十进制计数器进行计数, 设计数器的值为N 。由频率定义式可以计算得到被测信号频率f =N/ t。该测量在低频段的相对测量误差较大。增大t 可以提高测量精度, 但在低频段效果不理想。(2) 组合法。组合测频法是指在低频时采用直接测量周期法测信号周期, 然后换算成频率。这种方法可以在一定程度上弥补上述方法的不足, 但是难以确定最佳分测点, 且电路实现复杂。(3) 倍频法。直接测频法在高频段有很高的精度。可以把频率测量范围分成多个频段, 使用倍频技术, 根据频段设置倍频系数将经整形后的低频信号进行倍频后再进行测量, 高频段则进行直接测量。
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