等精度頻率計的實現(xiàn)

頻率測量在電子設(shè)計和測量領(lǐng)域中經(jīng)常用到，因此對頻率測量方法的研究在實際工程應(yīng)用中具有重要意義。常用的頻率測量方法有兩種：頻率測量法和周期測量法。頻率測量法是在時間t內(nèi)對被測信號的脈沖數(shù)N進(jìn)行計數(shù)，然后求出單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，即為被測信號的頻率。周期測量法是先測量出被測信號的周期T，然后根據(jù)頻率f=1／T求出被測信號的頻率。但是上述兩種方法都會產(chǎn)生±1個被測脈沖的誤差，在實際應(yīng)用中有一定的局限性。根據(jù)測量原理，很容易發(fā)現(xiàn)頻率測量法適合于高頻信號測量，周期測量法適合于低頻信號測量，但二者都不能兼顧高低頻率同樣精度的測量要求。

1 等精度測量原理
等精度測量的一個最大特點是測量的實際門控時間不是一個固定值，而是一個與被測信號有關(guān)的值，剛好是被測信號的整數(shù)倍。在計數(shù)允許時間內(nèi)，同時對標(biāo)準(zhǔn)信號和被測信號進(jìn)行計數(shù)，再通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)得到被測信號的頻率。由于門控信號是被測信號的整數(shù)倍，就消除了對被測信號產(chǎn)生的±l周期誤差，但是會產(chǎn)生對標(biāo)準(zhǔn)信號±1周期的誤差。等精度測量原理如圖1所示。

從以上敘述的等精度的測量原理可以很容易得出如下結(jié)論：首先，被測信號頻率fx的相對誤差與被測信號的頻率無關(guān)；其次，增大測量時間段“軟件閘門”或提高“標(biāo)頻”f0，可以減小相對誤差，提高測量精度；最后，由于一般提供標(biāo)準(zhǔn)頻率f0的石英晶振穩(wěn)定性很高，所以標(biāo)準(zhǔn)信號的相對誤差很小，可忽略。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率為100 MHz，只要實際閘門時間大于或等于1s，就可使測量的最大相對誤差小于或等于10-8，即精度達(dá)到1／100 MHz。

2 等精度測頻的實現(xiàn)
等精度測量的核心思想在于如何保證在實際測量門閘內(nèi)被測信號為整數(shù)個周期，這就需要在設(shè)計中讓實際測量門閘信號與被測信號建立一定的關(guān)系?；谶@種思想，設(shè)計中以被測信號的上升沿作為開啟門閘和關(guān)閉門閘的驅(qū)動信號，只有在被測信號的上升沿才將圖1中預(yù)置的“軟件閘門”的狀態(tài)鎖存，因此在“實際閘門”Tx內(nèi)被測信號的個數(shù)就能保證整數(shù)個周期，這樣就避免普通測量方法中被測信號的±1的誤
差，但會產(chǎn)生高頻的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的±l周期誤差，由于標(biāo)準(zhǔn)頻率f0的頻率遠(yuǎn)高于被測信號，因此它產(chǎn)生的±1周期誤差對測量精度的影響十分有限，特別是在中低頻測量的時候，相較于傳統(tǒng)的頻率測量和周期測量方法，可以大大提高測量精度。