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1、第第5 5章章 频率、时间测量及调制域分析频率、时间测量及调制域分析本章重点本章重点5.1 5.1 时间的原始基准和标准时间的原始基准和标准5.2 5.2 通用电子计数器通用电子计数器5.3 5.3 计数器的改进和工作频率的扩展计数器的改进和工作频率的扩展5.4 5.4 调制域分析调制域分析本章小结本章小结习习 题题 五五本章重点：本章重点：1.时频关系与时频标准及其测量方法时频关系与时频标准及其测量方法2.通用电子计数器测频、测周的原理与通用电子计数器测频、测周的原理与误差分析误差分析3.通用电子计数器的功能、主要技术指通用电子计数器的功能、主要技术指标及其性能改进的方法标及其性能改进的方法
2、4.调制域测量调制域测量的原理与应用的原理与应用第一节第一节 时间的原始基准和标准时间的原始基准和标准一、时间、频率的基本概念一、时间、频率的基本概念1 1时间的定义时间的定义u 时间：是国际单位制中七个基本物理量之时间：是国际单位制中七个基本物理量之一，其基本单位：秒（一，其基本单位：秒（s）。u 在年历计时：常用日、星期、月、年；在年历计时：常用日、星期、月、年；u 在电子测量：常用毫秒在电子测量：常用毫秒(ms，10-3 s)、微秒、微秒(s，10-6 s)、纳秒、纳秒(ns，10-9 s)、皮秒、皮秒(ps，10-12 s)。u“时间时间”，在一般概念中有两种含义：，在一般概念中有两种
3、含义：一指一指“时刻时刻”：对应某事件或现象发生的：对应某事件或现象发生的瞬间。瞬间。二指二指“间隔间隔”：即两个时刻之间的间隔，：即两个时刻之间的间隔，表示某现象或事件持续多久。表示某现象或事件持续多久。u须知须知“时刻时刻”与与“间隔间隔”二者的测量方法二者的测量方法是不同的。是不同的。时刻、时间间隔示意图时刻、时间间隔示意图 2 2周期和频率的关系周期和频率的关系 生活中的生活中的“周期周期”现象现象：如地球自转的日出：如地球自转的日出日落现象；重力摆或平衡摆轮的摆动：电子日落现象；重力摆或平衡摆轮的摆动：电子学中的电磁振荡等等都是确定的周期现象。学中的电磁振荡等等都是确定的周期现象。周
4、期：周期：周期过程重复出现一次所需要的时间，周期过程重复出现一次所需要的时间，记为记为T。数学函数关系描述：。数学函数关系描述：2 2周期和频率的关系周期和频率的关系频率频率：是单位时间内周期性过程重复的：是单位时间内周期性过程重复的次数，记为次数，记为 f。周期与频率的关系周期与频率的关系：周期周期 T 的单位：秒的单位：秒(s);(s);频率的单位：赫兹频率的单位：赫兹(Hz)，即，即1 1次秒。次秒。周期与频率共用同一基准来进行比对和周期与频率共用同一基准来进行比对和测量。测量。3 3时频基准及其传递时频基准及其传递 时频基准时频基准a)a)世界时世界时(UT)秒秒：定义地球自转周期的：
5、定义地球自转周期的1/86400(241/86400(24606060)60)为为UT的的1 1秒，准确度秒，准确度可达可达1010-6-6 1010-8-8。历书时历书时(ET)秒秒：以地球公转为基础，准：以地球公转为基础，准确度可达确度可达1010-9-9。u 宏观计时标准，需要宏观计时标准，需要精密的天文观测，精密的天文观测，设备庞大，手续繁杂，观测周期长，准确设备庞大，手续繁杂，观测周期长，准确度有限度有限(10(10-9-9)。时频基准时频基准b)b)原子时原子时(AT)秒秒：Cs133133原子基态的两个超精原子基态的两个超精细能级之间跃迁辐射的细能级之间跃迁辐射的91626317
6、709162631770个周期个周期为为1 1秒；微观计时标准，秒；微观计时标准，更加恒定，其准更加恒定，其准确度可达确度可达1010-15-15，又能迅速测定，又能迅速测定。石英晶体振荡器石英晶体振荡器：实验室及日常时间、频：实验室及日常时间、频率传递中的标准率传递中的标准c)c)协调世界时协调世界时(UTC)秒秒：世界时考虑时刻和：世界时考虑时刻和时间间隔，由原子时提供准确的时间间隔；时间间隔，由原子时提供准确的时间间隔；用闰秒来对天文时进行修正。用闰秒来对天文时进行修正。3 3时频基准及其传递时频基准及其传递 时频基准的传递：时频基准的传递：l在当代实际生活、工作、科学研究中，有在当代实
7、际生活、工作、科学研究中，有统一的时间频率标准的重要性。统一的时间频率标准的重要性。l通常，高度准确的标准时间和频率信号主通常，高度准确的标准时间和频率信号主要通过无线电波的发射和传播提供给使用要通过无线电波的发射和传播提供给使用部门。其一，称为本地比较法；其二，是部门。其一，称为本地比较法；其二，是发送发送-接收标准电磁波法。接收标准电磁波法。To本地比较法：本地比较法：就是用户把自己要校准的装置就是用户把自己要校准的装置搬到拥有标准源的地方，或者由有标准源的搬到拥有标准源的地方，或者由有标准源的主控室通过电缆把标准信号送到需要的地方，主控室通过电缆把标准信号送到需要的地方，然后通过中间测试
8、设备进行比对。然后通过中间测试设备进行比对。使用这类方法时，由于环境条件可控制得使用这类方法时，由于环境条件可控制得很好，外界干扰可减至最小，标准的性能得很好，外界干扰可减至最小，标准的性能得以最充分利用。缺点是作用距离有限，远距以最充分利用。缺点是作用距离有限，远距离用户要将自己的装置搬来搬去，会带来许离用户要将自己的装置搬来搬去，会带来许多问题和，麻烦。多问题和，麻烦。发送发送-接收标准电磁波法：接收标准电磁波法：拥有标准源的地方通过发射设备将上述标准电磁波发送出去，用户用相应的接收设备将标准电磁波接收下来，便可得到标准时频信号，并与自己的装置进行比对测量。现在，从甚长波到微波的无线电的各
9、频段都有标准电磁波广播。如甚长波中有美国海军导航台的NWC信号(22.3kHz)，英国的GBR信号(16kHz)；长波中有美国的罗兰C信号(100kHz)，我国的BPL信号(100kHz)；短波中有日本的JJY信号，我国的BPM信号(15MHz)；微波中有电视网络等等。用标准电磁波传送标准时频，是时频量值传递与其他物理量传递方法显著不同的地方，它极大地扩大了时频精确测量的范围，大大提高了远距离时频的精确测量水平。这里所说的标准电磁波标准电磁波，是指其时间频率受标准源控制的电磁波，或含有标准时频信息的电磁波。二、频率测量方法概述二、频率测量方法概述对于频率测量所提出的要求，取决于对于频率测量所提
10、出的要求，取决于所测所测频率范围和测量任务频率范围和测量任务。例如，在实验室中研究频率对谐振回路、电例如，在实验室中研究频率对谐振回路、电阻值、电容的损耗角或其他被研究电参量阻值、电容的损耗角或其他被研究电参量的影响时，能将频率测到的影响时，能将频率测到 量级；量级；对于广播发射机的频率测量，应达到对于广播发射机的频率测量，应达到 量级；对于单边带通信机则应优于量级；对于单边带通信机则应优于 量级；而对于各种等级的频率标准，则应量级；而对于各种等级的频率标准，则应在在 量级。量级。根据测量方法的原理，对测量频率的方法可作根据测量方法的原理，对测量频率的方法可作如下分类：如下分类：(数字数字)电
11、子计数器：电子计数器：u 可以测时间、频率；还可测相位、频率可以测时间、频率；还可测相位、频率比、众多时间参数；以及非电量测量。比、众多时间参数；以及非电量测量。u 测频准确度高，显示醒目直观，测量迅测频准确度高，显示醒目直观，测量迅速，便于实现测量过程自动化。速，便于实现测量过程自动化。第二节第二节 通用电子计数器通用电子计数器一、计数器基本知识一、计数器基本知识1 1、计数器的描述：、计数器的描述：2 2、计数器的分类：微机化、计算式、倒数式、计数器的分类：微机化、计算式、倒数式、模块式、模块式、PCPC式、虚拟仪器式、式、虚拟仪器式、GPIBGPIB式式3 3、计数器的发展：测时、频范围
12、；功能、计数器的发展：测时、频范围；功能4 4、通用电子计数器通用电子计数器：集测量频率、周期、时：集测量频率、周期、时间间隔、频率比和计数等功能于一体。间间隔、频率比和计数等功能于一体。二、电子计数器测量频率和周期的基本原理二、电子计数器测量频率和周期的基本原理（一）电子计数器的测频原理：在某确定的时间内计（一）电子计数器的测频原理：在某确定的时间内计算被测信号出现的个数算被测信号出现的个数1 1、基本原理：若某一信号在、基本原理：若某一信号在 T T 秒时间内重复变化了秒时间内重复变化了N N次，则可知该信号的频率次，则可知该信号的频率 f fx x 为：为：定时计数（比较法测频）定时计数
13、（比较法测频）测量频率的两个关键：测量频率的两个关键：计数时间计数时间T T重复周期数重复周期数N N(5-1)2 2、计数器测频的原理框图及实现分析：见、计数器测频的原理框图及实现分析：见图图5-25-2 主要由下列四部分组成：主要由下列四部分组成：1 1）时基时基 T 产生电路：产生电路：包括高稳定度石英晶体振荡器包括高稳定度石英晶体振荡器（产生频率（产生频率 fc 周期周期 Tc 的正弦波）、分频整形电路的正弦波）、分频整形电路（输出（输出T=mTc的窄脉冲）和门控双稳电路。的窄脉冲）和门控双稳电路。2 2）计数脉冲生成电路：计数脉冲生成电路：包含放大整形电路和主门电包含放大整形电路和主
14、门电路（两个输入，一个输出）路（两个输入，一个输出）3 3）计数显示电路：计数显示电路：4 4）控制电路：控制电路：使整机按一定的使整机按一定的工作程序工作程序完成自动测完成自动测量的任务。量的任务。To上一路：被测信号经放大、整形后变为序列脉冲，在主门开启的时间段内，序列脉冲输入到十进制计数器内，进行计数，得到周期数N。通用电子计数器测频原理框图下一路：晶振所提供的正弦信号fs（Ts），经过分频后（分频系数为Kf）输出的信号触发门控电路，使门控电路输出门控信号控制主门“开启”或“关闭。”通用电子计数器测频原理框图l晶振经分频后的脉冲信号称为闸门时间信号（T）。l分频器输出的闸门时间（T=Kf
15、Ts）=门控信号的脉宽（T=KfTs）=主门开启的时间（T=KfTs）通用电子计数器测频原理框图l总结：在主门开启的T时间内，被测信号转化的序列脉冲经过主门的周期数为N。并将N自动转化为频率值显示出来。通用电子计数器测频原理框图由公式可得：一般闸门开启时间（T=KfTs）取110n s，并且使闸门开启时间T 的改变与显示屏上小数点位置的移动同步进行，使用者无需对计数器结果进行换算，即可直接读出测量的结果。例：当闸门时间（T=KfTs）为1s时，N 就是被测信号的频率（单位Hz）例：用6位计数器测量fx=0.453MHz的信号频率。当闸门时间分别置于1s、0.1s、10ms和10s时，显示值应分
16、别为多少？由 N=Tfx当 T=1s,N=14.53105=453000,显示为453.000KHz T=0.1s,N=0.14.53105=45300,显示为453.00KHz T=10ms,N=0.014.53105=4530,显示为453.0KHz T=10s,N=104.53105=4530000,显示为53.0000KH结果分析：测量同一个信号频率时，闸门时间越长，计数的结果位数越多，由于小数点自动定位，测量结果不变；但有效位数增加了，因而测量的精度提高了。v注意：计数的闸门时间过长会导致计数送显示溢出。To图5-2 电子计数器测频框图及工作波形 （二）电子计数器测周期（二）电子计数
17、器测周期/时间的原理：时间的原理：见见图图5-35-3，它是将图，它是将图5-25-2测频电路测频电路中晶振标准频率信号和输入被测信号中晶振标准频率信号和输入被测信号的位置对调而构成的。当的位置对调而构成的。当输入信号为输入信号为正弦波正弦波时，图中时，图中各点波形各点波形如图所示。如图所示。To（二）电子计数器测周期（二）电子计数器测周期/时间的原理：时间的原理：控制闸门脉冲信号：由被测信号经放大整控制闸门脉冲信号：由被测信号经放大整形后形成，其宽度为被测信号的周期形后形成，其宽度为被测信号的周期Tx。晶体振荡器的输出或经倍频后得到频率为晶体振荡器的输出或经倍频后得到频率为fc(周期为周期为
18、Tc)的标准信号：加于主门输入的标准信号：加于主门输入端，在闸门时间端，在闸门时间Tx内，标准频率脉冲信号内，标准频率脉冲信号通过闸门形成计数脉冲，由计数值通过闸门形成计数脉冲，由计数值 N 计算计算求得求得Tx。(5-2)To图5-3 电子计数器测量周期原理框图图图5-35-3计计数器测周数器测周框图中各框图中各点波形点波形三、电子计数器测量频率和周期的误差分析三、电子计数器测量频率和周期的误差分析1 1、电子计数器测频的测量误差、电子计数器测频的测量误差 由由 及及误差传递公式误差传递公式，有：，有：电子计数器测频引起的频率测量相对误差：电子计数器测频引起的频率测量相对误差：由由计数器累计
19、脉冲数相对误差计数器累计脉冲数相对误差和和标准时间相标准时间相对误差对误差两部分组成。两部分组成。1 1）测频量化误差：）测频量化误差：1 1误差误差u在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不相关的，即它们在时间间的时间关系是不相关的，即它们在时间轴上的相对位置是随机的。轴上的相对位置是随机的。u因此，即便在相同的主门开启时间因此，即便在相同的主门开启时间T T（先（先假定标准时间相对误差为零）内，计数器假定标准时间相对误差为零）内，计数器所计得的数却不一定相同，这便是量化误所计得的数却不一定相同，这便是量化误差（又称脉冲计数误差）即差（又称脉冲
20、计数误差）即1 1误差产生误差产生的原因。的原因。T T：主门开启时间：主门开启时间T Tx x：被测信号：被测信号t t1 1：主门开启时：主门开启时刻至第一个计数脉刻至第一个计数脉冲前沿的时间冲前沿的时间t t2 2：闸门关闭时：闸门关闭时刻至下一个计数脉刻至下一个计数脉冲前沿的时间冲前沿的时间N N ：处在：处在T T区间之区间之内窄脉冲个数内窄脉冲个数由图由图5-45-4可得：可得：测频脉冲计数最大绝对误差即测频脉冲计数最大绝对误差即1 1误差：误差：则测频脉冲计数最大相对误差为：则测频脉冲计数最大相对误差为：2 2）闸门时间误差（时基）闸门时间误差（时基/标准时间误差）标准时间误差）
21、u 闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短，闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短，显然要产生测频误差。显然要产生测频误差。u 闸门信号闸门信号T是由晶振信号分频而得。设晶振是由晶振信号分频而得。设晶振频率为频率为fc(周期为周期为Tc)，分频系数为，分频系数为m，则有：，则有：对上式，由误差传递公式，得：对上式，由误差传递公式，得：3 3）计数器测频的总相对误差）计数器测频的总相对误差 由前面的推导和分析知，计数器测频的由前面的推导和分析知，计数器测频的总相对误差为：总相对误差为：fc可能大于零，也可能小于零。若按可能大于零，也可能小于零。若按最坏情况考虑，测量频率的最大相对误差最坏情况考虑
22、，测量频率的最大相对误差为：为：减小测频减小测频误差的方误差的方法：法：低频测量时，低频测量时，1 1误差影响较误差影响较大，故不宜采用大，故不宜采用直接测频法。直接测频法。将将 和和 带入上式，则有：带入上式，则有：（二）电子计数器测量周期的误差分析（二）电子计数器测量周期的误差分析 由由 及及误差传递公式误差传递公式，可得：，可得：按最坏情况分析，有：按最坏情况分析，有：1 1、测周基本误差：量化误差和基准频率误差、测周基本误差：量化误差和基准频率误差a)Tx越大（越大（fx x越小），越小），1 1误差对测周精确度的误差对测周精确度的影响越小；影响越小；b)b)为了减小测周误差，可以减小
23、为了减小测周误差，可以减小Tc c(增大增大fc c)，但这受到实际计数器计数速度的限制。在条但这受到实际计数器计数速度的限制。在条件许可的情况下，尽量使件许可的情况下，尽量使fc c增大。增大。2 2、触发误差、触发误差电子计数器测周时，时间闸门的控制信号由被电子计数器测周时，时间闸门的控制信号由被测信号经放大整形得到；因此，噪声将影响门测信号经放大整形得到；因此，噪声将影响门控信号控信号(即即Tx)的准确性，造成所谓的准确性，造成所谓触发误差触发误差。如如图图5-65-6所示，若被测正弦信号为正常的情况，所示，若被测正弦信号为正常的情况，通常在过零时刻触发，则开门时间为通常在过零时刻触发，
24、则开门时间为Tx x。若存在噪声，可能使触发时间提前若存在噪声，可能使触发时间提前T1 1 ，也，也有可能使触发时间延迟有可能使触发时间延迟T2 2。To触发误差触发误差示意图示意图vx=Vmsinxt2 2、触发误差、触发误差若粗略分析，设若粗略分析，设正弦波正弦波正常触发点的斜率为正常触发点的斜率为 角如图中虚线所标，则得：角如图中虚线所标，则得：因为一般门电路采用过零触发，即因为一般门电路采用过零触发，即 ，因此：，因此：则有：则有：vx=Vmsinxt若信噪比越若信噪比越大（大（V Vn n/V Vm m越小），则越小），则触发误差越触发误差越小小3 3、采用、采用周期倍乘周期倍乘后的
25、测周总误差后的测周总误差u采用周期倍乘，即把采用周期倍乘，即把 Tx 扩大扩大 h 倍，则用电倍，则用电子计数器测周期的总误差，按最坏的可能子计数器测周期的总误差，按最坏的可能情况考虑，为：情况考虑，为：减小测减小测周误差周误差的方法：的方法：高频信号高频信号不宜用测不宜用测周法周法(5-2)四、通用电子计数器的其他功能四、通用电子计数器的其他功能（一）自检（一）自检（二）测两路信号间时间及相位差（二）测两路信号间时间及相位差（三）脉冲宽度的测量（三）脉冲宽度的测量（四）测量频率比（四）测量频率比（五）累加计数（五）累加计数（六）计时（六）计时To1 1、计数器自检（自校）：在时基单元提供的闸
26、门时、计数器自检（自校）：在时基单元提供的闸门时间内，对频率较高的标准频率进行计数，以检验间内，对频率较高的标准频率进行计数，以检验计数器的整机逻辑功能是否正常。计数器的整机逻辑功能是否正常。2 2、用计数器测两路信号间时间及相位差、用计数器测两路信号间时间及相位差基于测基于测周电路，周电路，改变门改变门控信号控信号的形成的形成过程。过程。3 3、用计数器对脉冲宽度、占空比测量：基于测周、用计数器对脉冲宽度、占空比测量：基于测周电路，改变门控信号的形成过程。电路，改变门控信号的形成过程。开关开关S S闭合闭合4 4、用计数器测频率比、用计数器测频率比5 5、计数器累加计数：在一定的时间内，记录
27、信号、计数器累加计数：在一定的时间内，记录信号经整形后的脉冲个数。经整形后的脉冲个数。门控电路的开放时间：可用电信号，也可门控电路的开放时间：可用电信号，也可用手动开关控制。用手动开关控制。6 6、用计数器计时：类似电子秒表，计时精准，用、用计数器计时：类似电子秒表，计时精准，用于工业生产的时间控制于工业生产的时间控制 计数器对内部的标准时钟信号（秒计数器对内部的标准时钟信号（秒s s、毫秒、毫秒msms、微秒、微秒s s）进行计数；主门用手控或遥控。）进行计数；主门用手控或遥控。五、通用计数器的技术指标和使用注意事项五、通用计数器的技术指标和使用注意事项（一）主要技术指标：频率和时间测量范围
28、，灵敏（一）主要技术指标：频率和时间测量范围，灵敏度，分辨力，动态范围，度，分辨力，动态范围，测量误差，测量误差，测量误差，测量误差，显示位数、显示位数、显示位数、显示位数、单位等等单位等等单位等等单位等等（二）使用注意事项：（二）使用注意事项：1.避免计数和显示值出错避免计数和显示值出错2.预热、自检：预热、自检：3.选择恰当的闸门、时标和周期倍乘选择恰当的闸门、时标和周期倍乘4.减少信号中的干扰、毛刺和不稳定因素减少信号中的干扰、毛刺和不稳定因素u计数器的改进：减小测量误差，提高测量计数器的改进：减小测量误差，提高测量准确度准确度1.1.计数器测频、测周误差分析：选择合理测计数器测频、测周
29、误差分析：选择合理测量方法，减少测量误差量方法，减少测量误差2.2.电路结构改进：电路结构改进：P和和IC技术为基础的微机技术为基础的微机化等相对误差计数器化等相对误差计数器3.3.减少和避免误触发，缩小减少和避免误触发，缩小1 1误差的影响误差的影响第三节第三节 计数器的改进和工作频率的扩展计数器的改进和工作频率的扩展一、微机化一、微机化等相对误差计数器等相对误差计数器u通用计数器通用计数器1 1误差（计数误差）：测误差（计数误差）：测高频周期高频周期或或低频频率低频频率不方便；随被测信号频率变化不方便；随被测信号频率变化u利用利用P P和和ICIC技术的等相对误差计数器：使测频技术的等相对
30、误差计数器：使测频和测周的计数误差相同；计数误差不随被测信和测周的计数误差相同；计数误差不随被测信号频率变化号频率变化（一）电路原理简图及工作过程波形（一）电路原理简图及工作过程波形（二）测周结果及误差分析（二）测周结果及误差分析（三）测频结果及误差分析（三）测频结果及误差分析Ns=Ts/Tx，Nc=Tc/T0 Ts=Tc+t1-t2|Ts-Tc|=|t1-t2|T0两种计数中，闸门两种计数中，闸门开关与被计数信开关与被计数信号同步，所以不号同步，所以不存在计数误差。存在计数误差。（二）微机化等相对误差计数器测周结果及误差分析（二）微机化等相对误差计数器测周结果及误差分析被测信号周期：被测信号
31、周期：Tx=Ts/Ns|Ts未知未知因为：因为：Ts=Tc+t1-t2，Tc=NcT0用用Tc代替代替Ts得：得：Tx=Tc/Ns=T0Nc/Ns则测周误差为：则测周误差为：（三）微机化（三）微机化等相对误差计数器等相对误差计数器测频结果及误差分析测频结果及误差分析被测信号频率：被测信号频率：fx x=1/Tx x=Ns s/Ts s|Ts s未知未知因为：因为：T Ts s=T Tc c+t+t1 1-t-t2 2，T Tc c=N Nc cT T0 0=N Nc c/f0 0用用T Tc c代替代替T Ts s得：得：fx x=N Ns s/T Tc c=f0 0N Ns s/N Nc c
32、则测频误差为：则测频误差为：u测频与测测频与测周相对误差周相对误差相同相同u测频测频/测测周相对误差周相对误差与被测信号与被测信号频率频率/周期周期无关无关替代存在不替代存在不大于大于T0 0的误的误差，与被测差，与被测信号无关，信号无关，称为分辨率。称为分辨率。二、提高计数器准确度的常见改进措施二、提高计数器准确度的常见改进措施1.克服计数错误的常见措施克服计数错误的常见措施a)避免触发整形电路中发生误触发：避免触发整形电路中发生误触发：施密特施密特触发器（信号幅度、信噪比），触发窗位触发器（信号幅度、信噪比），触发窗位置选择。置选择。b)计数溢出检测计数溢出检测2.减小减小计数误差计数误差
33、的电路改进措施的电路改进措施a)内插扩展法内插扩展法b)游标法游标法l提高钟频提高钟频fc cl测出测出t1 1、t2 2To1 1、22主时钟和游标时钟主时钟和游标时钟的频率稳定度要求的频率稳定度要求高，且应屏蔽高，且应屏蔽符合电路符合电路的工作速的工作速度要很高度要很高游标时钟开始计数游标时钟开始计数 三、计数器的发展趋势简介三、计数器的发展趋势简介1.功能扩展功能扩展2.性能提高性能提高3.仪器结构仪器结构四、计数器测频范围的扩展四、计数器测频范围的扩展1.用取样法测微波、毫米波信号频率用取样法测微波、毫米波信号频率2.变频法测微波、毫米波频率变频法测微波、毫米波频率3.置换法测高频信号
34、频率置换法测高频信号频率4.直接显示低频信号频率的电路直接显示低频信号频率的电路To1.用取样法测微波、毫米波信号频率用取样法测微波、毫米波信号频率2.变频法测微波、毫米波信号频率变频法测微波、毫米波信号频率3.置换法测高频信号频率4.直接显示低频信号频率的电路直接显示低频信号频率的电路结论：结论：测周测周误差误差测频测频误差误差第四节第四节 调制域分析调制域分析一、调制域分析概述一、调制域分析概述1.调制域：调制域：第四节第四节 调制域分析调制域分析一、调制域分析概述一、调制域分析概述1.调制域：调制域：2.调制域分析仪应用：调制域分析仪应用：第四节第四节 调制域分析调制域分析二、调制域分析
35、仪的组成和工作原理二、调制域分析仪的组成和工作原理传统计数器测频：传统计数器测频：定时计数定时计数，存在死区时间，存在死区时间调制域分析关键技术：调制域分析关键技术：动态连续地测量频率动态连续地测量频率ZDTZDT计数器计数器(Zero Dead Time Counter)(Zero Dead Time Counter)：调制：调制域分析仪核心，动态连续测量变化频率域分析仪核心，动态连续测量变化频率复零准备复零准备开门计数开门计数关门读数显示关门读数显示基于基于ZDTZDT计数器的调制域分析仪原理框图：计数器的调制域分析仪原理框图：基于基于ZDTZDT计数器的调制域分析仪工作原理波形图：计数器
36、的调制域分析仪工作原理波形图：可以绘制频率可以绘制频率-时间曲线时间曲线分析时间间隔、分析时间间隔、相位相位-时间关系时间关系事件计数无误事件计数无误差；时间计数差；时间计数存在存在1 1误差误差第四节第四节 调制域分析调制域分析三、调制域分析仪的应用三、调制域分析仪的应用1.分析调频信号：分析调频信号：2.信号抖动测试：信号抖动测试：3.动态过程分析：动态过程分析：4.跳频通信对抗中的应用：跳频通信对抗中的应用：1.分析调频信号：分析调频信号：2.信号抖动测试：信号抖动测试：3.动态过程分析：动态过程分析：4.跳频通信对抗中的应用：用统计直方图分析大量跳频通信对抗中的应用：用统计直方图分析大
37、量事件事件本章小结本章小结1.时频标准时频标准:2.通用电子计数器测频通用电子计数器测频:3.通用电子计数器测周期通用电子计数器测周期:4.通用计数器的功能通用计数器的功能:5.等相对误差计数器等相对误差计数器:6.电子计数器性能的改进电子计数器性能的改进:7.调制域分析调制域分析:习习 题题 五五5.1 5.1 试述时间试述时间/频率测量在日常生活、工程技术、频率测量在日常生活、工程技术、科学研究中有何实际意义科学研究中有何实际意义?5.2 5.2 标准的标准的“时频时频”如何提供给用户使用如何提供给用户使用?5.3 5.3 与其他物理量的测量相比，与其他物理量的测量相比，“时频时频”测量具
38、有测量具有哪些特点哪些特点?5.4 5.4 简述计数式频率计测量频率的原理，说明这种简述计数式频率计测量频率的原理，说明这种测频方法测频有哪些测量误差测频方法测频有哪些测量误差?对一台位数有限的对一台位数有限的计数式频率计，是否可无限制地扩大闸门时间来计数式频率计，是否可无限制地扩大闸门时间来减小减小1 1误差，提高测量精确度误差，提高测量精确度?5.5 5.5 用一台七位计数式频率计测量用一台七位计数式频率计测量fx x5MHz5MHz的信号的信号频率，试分别计算当闸门时间为频率，试分别计算当闸门时间为1s1s、0.1s0.1s和和10ms10ms时，由于时，由于“1 1”误差引起的相对误差
39、。误差引起的相对误差。5.6 5.6 用计数式频率计测量频率，闸门时间为用计数式频率计测量频率，闸门时间为1s1s时，时，计数器读数为计数器读数为54005400，这时的量化误差为多大，这时的量化误差为多大?如将如将被测信号倍频被测信号倍频4 4倍，又把闸门时间扩大到倍，又把闸门时间扩大到5 5倍，此倍，此时的量化误差为多大时的量化误差为多大?5.7 5.7 用某计数式频率计测频率，已知晶振频率用某计数式频率计测频率，已知晶振频率fc c 的的相对误差为相对误差为 ，门控时间，门控时间 ，求：求：(1)(1)测量测量fx x10MHz10MHz时的相对误差；时的相对误差；(2)(2)测量测量f
40、x x 10kHz10kHz时的相对误差；时的相对误差；并提出减小测量误差的方法。并提出减小测量误差的方法。5.8 5.8 用计数式频率计测量信号的周期，晶振频用计数式频率计测量信号的周期，晶振频率为率为10MHz10MHz，其相对误差，其相对误差 ，周期倍乘开关置周期倍乘开关置100100，求测量被测信号周期，求测量被测信号周期T Tx x1010s s时的测量误差。时的测量误差。5.9 5.9 某计数式频率计，测频率时闸门时间为某计数式频率计，测频率时闸门时间为1s1s，测周期时倍乘最大为，测周期时倍乘最大为1000010000，晶振最高频，晶振最高频率为率为10MHz10MHz，求中界频
41、率。，求中界频率。5.10 5.10 用计数式频率计测量用计数式频率计测量fx x200Hz200Hz的信号的信号频率，采用测频率频率，采用测频率(选闸门时间为选闸门时间为 1s)1s)和测和测周期周期(选晶振周期选晶振周期T Tc c=0.1=0.1s)s)两种测量方法。两种测量方法。试比较这两种方法由于试比较这两种方法由于“1 1误差误差”所引起所引起的相对误差。的相对误差。第第5 5章章 频率时间测量频率时间测量人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第第5 5章章 频率时间测量频率时间测量