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频率计计数器的介绍

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发表时间:2021-07-26 15:41作者:同步天下来源:原创


随着电子信息技术的发展,信号作为最基础的元素,其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要,而且需要测频的范围也越来越宽。今天我们主要讨论一下频率计数器的工作原理和选择使用的注意事项。

传统的频率计计数器通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成,产品不但体积较大,运行速度慢,而且测量范围窄,精度低,因此,随着对频率测量的要求的提高,传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求,因此我们需要寻找一种新的测频的方法。随着FPGA技术的发展和成熟,用FPGA来作为一个电路系统的控制电路逐渐显出其无语伦比的优越性,用FPGA设计一个能测量高频率的频率计计数器,测量频率的范围和精度得到很大的提高。

1、频率计数器工作原理

通用计数器基本工作原理是以适当的逻辑电路,在预定的标准时间(闸门时间)内累计待测输入信号的震荡次数,或在待测时间间隔内累计标准时间(时基)信号的个数,进行频率、周期和时间间隔的测量;基本电路由输入通道、时基产生与变换单元、主门、控制单元、计数及显示单元等组成;具有多种测量功能,主要包括频率、周期和时间间隔测量,通常还包括频率比、任意时间间隔内脉冲个数以及累加计数等测量功能。

频率计的功能使用,是在进入设备的操作界面后进行选择对应的测试功能,这款频率计对频率、周期、时间间隔、输入功率、平均值、最大值、最小值、峰峰值等等功能的测量,只需要在触摸屏装置界面选择对应的测量功能和测量通道,设置频率计的对应闸门时间后,选择开始按钮频率计进行工作,选择停止频率计停止工作。频率计不论选择那种测试信号,频率计都会以数字形式显示频率值。

2、频率计闸门时间

闸门时间是频率计计数器测量时,电子门打开的时间,选择时尽量选择闸门时间范围宽的例如1ms~100000s,步进1μs。


通用计数器的闸门时间越短,测量的频率值刷新就越快,并且测的频率精度会受到影响。通用计数器对频率值准确度要求比较高时,则需要将闸门时间加长,时间越长得到的频率值就越准确,所以相对应的每测一次频率的间隔就越长。通常情况下闸门时间越短测量的频率值刷新就越快,但是这样测量的频率精度会降低。如果对频率值要求较高时,则需要增加闸门时间的时长,这样闸门时间越长得到的频率值就越准确,但是相对应的频率时间间隔就越长。

3、频率通用计数器精度和分辨率的区别

通常我会认为显示位数越多的频率计测量结果越精确,其实是不正确的,频率计分辨率与精度虽有关联,却不能等同。频率计的分辨率是频率计能够在相近频率中检测的最小变化量。而精度由随机误差和系统误差确定。而随机误差包括:量化误差、触发误差、时基误差。

4、如何选择频率计计数器内部时基

    频率计计数器的内部时基建议最少选择恒温晶振OCXO,并且准确度越高越好,因为时间间隔准确度=内部晶振频率偏差*TO+固定误差,因此时间间隔越长对晶振准确度要求越高,建议选择的时候优先选择高准确度的恒温晶振。

另外内部恒温晶振秒稳定度和老化率都是指标也是越高越好,秒稳定度代表内置晶振稳定性,老化率代表晶振随着时间延长准确度变差的速度;

如果预算充足还可以考虑时基选择高稳晶振或铷原子钟。具体的指标是高稳晶振的频率准确度≤1E-8(出厂设置频率偏差),老化率≤5E-10/日,老化率≤5E-8/年,秒稳定度≤1E-11/s;铷原子钟:频率准确度≤5E-11(出厂设置频率偏差),老化率≤5E-12/日,≤5E-11/月,秒稳定度≤5E-11/s,≤2E-11/10s。

5、频率计计数器分辨率的选择

一定要选择通用计数器的频率测量分辨率最高可达12位/s和17位/100000s显示,按照检定规程按这个公式允差就是±(t×10-7+t)s,而t就是分辨率。分辨率越高,允差就越小。

使用注意事项

   仪器在进行各种测量前,一般应进行“自校”检查,以确认仪器是否正常工作。

被测信号送入时,应注意电压的大小不得超过通用计数器规定的范围,否则容易损坏仪器。当被测信号的电压太大时,需按下该仪器的“衰减”按键,已避免损坏仪器。

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