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频率测量:两种不同算法的差别详解


  来源: 致远电子 时间:2018-05-17 编辑:甘立人
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频率是信号最核心的特征之一,但工程师常有这种困惑:为什么硬件频率计和示波器频率测量结果不同呢?哪个数据才更精确呢?来听听资深硬件工程师的原理剖析分享。

一、频率测量原理

所谓“频率”,就是周期性信号在单位时间(秒)内变化的次数。若在一定的时间间隔T内计数,计得某周期性信号的重复变化次数为N,则该信号的频率可表达为:

f = N / T

所以测量频率就要分别知道N和T的值,由此,测量频率的方法一般有三种:测频算法、测周算法以及等精度测量。ZDS示波器主要用到了测频算法和测周算法,下面将介绍这两种方法原理。

1、测频算法

这种方法即已知时基信号(频率或周期确定)做门控信号,T为已知量,然后在门控信号有效的时间段内进行输入脉冲的计数,原理如图1所示:



1 测频原理

假设时间基准信号的重复周期为1S,加到闸门的门控信号作用时间T亦准确地等于1S,即闸门的开通时间为1S。在这一段时间内,若计数器计得N=100000个数,根据公式f = N / T,那么被测频率就是100000Hz。

测频方法的结果是精确到Hz的,由于异步采样造成的频率量化误差为±1Hz,因此测频模式下的相对频偏误差为:


可以看到,随着频率的升高,相对频偏误差会不断减小,因此测频算法适用于测高频信号。

2、测周算法

测周算法即:被测信号(频率或周期待测)做门控信号,T为未知量,做门控信号T,然后在门控信号有效的时间段内对时基信号脉冲计数,原理如图2所示:


2 测周原理

被测信号的周期T,时基信号的频率Fclk,计数值N有如下关系:


从而得出被测信号的频率f为:


测周模式下的相对频偏误差为:


Fclk/f一般远大于1,所以上面公式等价于:


随着频率的降低,相对频偏误差会不断减小,因此测周模式适用于测低频信号。

二、ZDS示波器频率计架构分析

ZDS示波器的频率计分为硬件频率计和参数测量频率计,它们在系统中所处的位置如图3所示:


关键词:频率 测量 示波器    浏览量:5068

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