陳林龍

摘要：現(xiàn)階段在電子信號頻率的測量上大多是采用數(shù)字方法進(jìn)行，其基本原理是利用電子計(jì)數(shù)的輸入通道對信號進(jìn)行放大、分析、處理，然后再結(jié)合具體數(shù)據(jù)輸出符合技術(shù)要求的脈沖信號，然后再通過定時(shí)器對采樣時(shí)間間隔加以控制。一般來說，在該時(shí)間段內(nèi)對電子信號與基準(zhǔn)頻率信號進(jìn)行計(jì)算能夠通過計(jì)算機(jī)分析得出具體的頻率值。當(dāng)前在電子信號頻率的測量上主要有變閘門測頻法、測周期法與直接測頻發(fā)三種，對此就通過采用定量分析的方法對三種測量方法進(jìn)行具體分析，并提出一些可用參考的意見與措施。

關(guān)鍵詞：電子信號；數(shù)字方法；電子計(jì)數(shù)器；采樣

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16723198（2014）07019501

1電子信號頻率測量原理與誤差分析

設(shè)待測電子信號的頻率實(shí)際測量值、精確值分別為fx、fx0；電子信號的基準(zhǔn)頻率的標(biāo)定頻率與實(shí)際測量頻率分別為fR、fR0；電子計(jì)數(shù)器對待測電子信號的計(jì)數(shù)值和精確值分別為n、n0；電子計(jì)數(shù)器對基準(zhǔn)頻率信號的計(jì)數(shù)值及精確值分別為m、m0。然后通過計(jì)算，得出電子信號待測精確值為

fx0=m01m0fR0（1）

而實(shí)際計(jì)算待測電子信號頻率公式為：fx=n1mfR（2）

從公式（1）與公式（2）就可以明顯看出電子信號的實(shí)際測量值與理論計(jì)算值存在有不同，因此必然會造成電子信號頻率的測量誤差。

如果設(shè)定公式（2）中的四個(gè)變量的絕對誤差分別為，則可以推出以下兩個(gè)計(jì)算公式：

Δfx=dfx=fx1ndn+fx1fRdfR+fx1mdm（3）

Δfx≈fR1mΔn+n1nΔfR-n1m2fRΔm（4）

如果設(shè)定公式（2）中的四個(gè)變量的相對誤差分別為，則可以把公式（4）中的絕對誤差量用相對誤差量替代得到公式（5）：

δfx=m01m*fR1fR0δn+m01m*n1n0δfR-n1n0*m201m2*fR1fR0δm（5）

公式（5）中所產(chǎn)生的誤差主要是因?yàn)殡娮佑?jì)數(shù)器基準(zhǔn)頻率源不穩(wěn)定所導(dǎo)致的，當(dāng)前有很多電子技術(shù)其基準(zhǔn)頻率源是由于振蕩器晶體震蕩頻率信號分頻所獲取到的，因此其穩(wěn)定性同傳統(tǒng)電子技術(shù)器相比較強(qiáng)，這樣就可以忽略誤差項(xiàng)，就可以把公式（5）簡化為下式：

δfx=m01m*δn-n1n0*m201m2*δm（6）

因此由公式（6）可以得出，誤差項(xiàng)是難以利用某一方法加以消除，不僅如此，由于在電子技術(shù)其的技術(shù)時(shí)間間隔當(dāng)中也會產(chǎn)生一定的計(jì)數(shù)誤差，而且在計(jì)數(shù)間隔中很難保證計(jì)數(shù)始終為整，加上電子計(jì)數(shù)器其最小技術(shù)單位為1，因此在計(jì)數(shù)過程中所產(chǎn)生的量化誤差同樣不可消除。

2直接測頻法的誤差分析

圖1直接測頻法示意圖所謂的測頻法主要的原理就是在十分標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)數(shù)時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)用計(jì)數(shù)器來準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)待測電子信號的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)而能夠得到其頻率值。然后，又因?yàn)樵跁r(shí)間間隔非常標(biāo)準(zhǔn)的情況下其脈沖個(gè)數(shù)均是由電子計(jì)數(shù)器捕獲頻率信號得到的，因此這就能夠確保m值技術(shù)的精確性，但是這種方法的待測電子信號的計(jì)數(shù)存在1的量化誤差。從公式（6）可以得出：

δfx=δn=11n0n0=m0fx01fR0

由于

從而可以推出直接測頻法的誤差為：δfx=fR01m0fx0（7）

從公式（7）中可以看出將技術(shù)時(shí)間的間隔適當(dāng)增大，即指增加的值，就能夠保證測量的最終精度得到顯著提升；同時(shí)，待測電子信號的頻率值愈高，其精度也會隨之增加。顯而易見，在測量高頻信號時(shí)采用直接測頻法是十分有效的。

3變閘門測頻法的誤差分析

變閘門測頻法示意圖如圖2所示：

圖2變閘門測頻法運(yùn)用方法來測量電子信號的頻率的原理基本與測周期法一致，最大的不同之處即是在確定閘門時(shí)間間隔時(shí)主要依賴于待測電子信號，并且這不只是對一個(gè)周期進(jìn)行測量，待測信號的頻率與測量的周期數(shù)之間呈正變化，這樣就可以保證測量的精確度。從圖3也可以看出，在測量待測電子信號脈沖數(shù)時(shí)其結(jié)果是十分準(zhǔn)確的，也即是n=n0，并且基準(zhǔn)頻率信號的計(jì)數(shù)也是會出現(xiàn)1的量化誤差，可以得出：

δfx=-11m0=-11mp+mc（8）

公式（8）中各參數(shù)的意義為：預(yù)置閘門時(shí)間；是基準(zhǔn)頻率信號的后續(xù)計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)。

若預(yù)置閘門的下降沿正好與預(yù)置閘門關(guān)閉后待測電子信號的第1個(gè)下降沿重合或者略為超前，則為0或者一個(gè)較小的數(shù)，此時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于，測量誤差為，這個(gè)誤差可以認(rèn)為與待測電子信號的頻率沒有關(guān)系，只是與預(yù)置閘門時(shí)間成反比；而若預(yù)置閘門的下降沿超前較多，且待測電子信號的頻率很低，則就會較大，則變閘門測頻法的測量誤差為，從這個(gè)公式可以看出測量誤差隨著待測電子信號的頻率的增大而稍微有所增大。

4總結(jié)

直接測頻法測量高頻率的電子信號的誤差小，因此比較適合測量高頻率的電子信號，而且頻率值愈大，將會使誤差控制得更小，進(jìn)而可以保證與變閘門測頻法所要求的測量精度保持一致；采用變閘門變頻法可以將測量誤差控制到最低，并且測量過程相對穩(wěn)定所以此測量方法更容易進(jìn)行高精度、等精度、全量程的電子信號頻率測量。

參考文獻(xiàn)

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