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通用频率计数器的工作原理和特点介绍

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发表时间:2020-08-15 15:23作者:同步天下来源:原创

本文主要介绍通用频率计数器的工作原理及产品特点和使用注意事项。通用计数器工作原理主要有测频原理、时间间隔测量原理,频率比测量原理和累计计数原理等,并对我司的SYN5636型时间频率计数器进行详细介绍,最后对频率计数器测量注意事项进行汇总说明。

一、通用频率计数器工作原理

1、测频原理

频率是指在单位时间内周期性现象重复的次数。因此,如在T时间内周期性现象重复了N次,则频率f=N/t0 从这一定义出发来测量频率,就是在单位时间内(如1S)数出被测信号的重复次数。

被测频率输入信号经放大、整形后送至主闸门。在主闸门开启时间内,fx信号通过主闸门进入计数器计数。主闸门开启时间称为闸门时间T0。若T0=1s,计数器计得结果为N,则fx=N/1s,这样,进入计数器的脉冲个数就代表了被测信号的频率值。

2、时间间隔测量原理

时间间隔测量是指两路信号(正弦波或脉冲)测量点之间的间隔,如图所示A路信号A点和B路信号B点之间的间隔tx。下图是时间间隔测量的框图。


由C1通道输入A路信号,经整形放大后去打开主闸门;由C2通道输入B路信号,经整形后去关闭主闸门。

在开门时间tx(tx=t2-t1)内对标准时标信号进行计数,由于t0是已知时标f0的周期,因此计数器所计的结果N表示在t1至t2之间的时间间隔内具有周期为t0的个数,即时间间隔为tx=Nt0 利用同样的原理可测量脉冲宽度和空度。

3、频率比测量原理

如下图频率比的原理方框图


从A输入电路输入fA信号,从B输入电路输入fB信号,fA信号经放大整形后送到主闸门作为计数脉冲;fB信号经放大整形后再进行分频,然后送到控制电路,作为门控脉冲触发控制电路发出门控信号去打开主闸门。主闸门打开期间,fA进入计数器计数,计得结果N就代表了这两个信号频率之比,即N=fA/fB 。

4、累计计数


起动信号将主闸门打开,由A输入电路不断输入计数脉冲,计数器不断累计,只有当停止脉冲加入后,主闸门关闭,计数结果N就代表了累计的脉冲个数。

5、自校     

自校是电子计数器对机内时标信号进行测量的一种功能,由于自校时的时标信号,闸门时间都是本机时基单元产生的,因此,通过对自校功能的检查可分析判断电子计数器的故障。

6、输入通道

输入通道是由限幅电路、阻抗变换电路、放大电路、整形电路等组成。是通用频率计数器的重要组成部分,下面以SYN5636型时间频率计数器为例进行简单的介绍:

输入通道部分主要包括1、2和3三个输入单元。A通道是常用的主要通道;2、3通道只在周期测量、时间间隔测量和频率比测量时才使用。

时间频率计数器可以测量方波、正弦波、窄脉冲的参数。但是这些信号不能直接进入计数器,必须将被测信号经过阻抗变换、放大、整形为幅度相同的脉冲后才可以进入通用计数器,这些处理工作就是由输入通道来完成。设备的许多重要技术指标,如频率测量范围、灵敏度、输入阻抗、抗干扰性能等都与输入通道有关。

二、SYN5636型时间频率计数器介绍

SYN5636型时间频率计数器广泛应用于航空航天、导弹、武器等领域的时间测量和晶振,电子元器件等科研、计量领域的时间、频率测量。


该款通用计数器采用7寸大触摸屏设计,被测频率范围高达24GHz,频率测量分辨率最高可达12位/s和15位/1000s显示,时间间隔分辨率为100ps,50ps和20ps可选。标准产品时基为高精度OCXO恒温晶振,可以根据情况指标需求选择高稳晶振或铷钟。性能可靠,功能齐全,测量范围宽精度高,使用方便性价比高。主要产品功能指标介绍如下:

1)频率测量分辨率最高可达12位/秒,频率可达24GHz;

2)单次时间间隔分辨率100ps,可选50ps和20ps;

3)自动计算标准频率,直接输出频率偏差;

4)集成高精度功率计功能,直观的数据分析和图形显示;

5)多种数据通信接口;

6)测量功能丰富:频率、周期、频率比、输入功率最大值/最小值/峰峰值、时间间隔、脉宽、上升时间/下降时间、占空比、相位;

7)统计功能多样化:平均值、标准偏差、频率偏差、最大值、最小值、峰峰值、计数、阿仑方差,趋势图;




三、通用计数器测量注意事项

如果要测量的信号中有噪声、谐波或寄生分量,尽量不要使用微波计数器。在选择测量仪器时必须先要了解待测信号的各种特性,附非肯定待测信号是纯净、平稳、单一频率成分。建议在制定测试方案前用频谱分析仪先观测待测信号中的干扰信号及噪声电平,然后看计数器的性能是否能允许这些干扰并仍然能成功地完成频率的测量。

例如:当前出现的干扰信号比比被测信号至少大于6dB时,计数器测得的是这个干扰信号,这就导致了错误的测量结果。一般来说,对干扰信号和噪声可以使用计数器的附件来抑制。如果被测频率变化小于百分之几,可以考虑在计数器输入端安装一个滤波器,以抑制不需要的信号。如果需要测量的几个频率信号直接的频率值相差很大,可以使用可调带通滤波器或高通、低通滤波器依次测量每一个信号的频率。这样可以避免一直占用频谱分析仪,因为频谱分析仪的价格是附件价格的几十倍。

如果知道待测信号的大概频率,就可以用滤波器抑制已知的干扰信号,而在计数器量程之外的其他信号或低电平信号不会对待测信号的频率测量产生干扰。

在某些特殊的测试场合,可能需要其它附件,比如用一个射频器来放大低电平的信号或通过一个外接的混频器来测量超出计数器测量范围的频率,当然,有些计数器能够直接测量100GHZ以上的频率。在机动车的防撞雷达和低功率通讯中继站就需要这种性能的频率计来测量。还有些计数器可以测量信号电平、周期、脉宽和脉冲频率,选择这样的频率计数器可以使整个测试系统方案中的测试仪器更少。

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