電子測量原理課件第四章第1頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.1.1時間、頻率的基本概念1）時間和頻率的定義時間有兩個含義：

“時刻”：即某個事件何時發(fā)生；

“時間間隔”：即某個時間相對于某一時刻持續(xù)了多久。頻率的定義：周期信號在單位時間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時間間隔T內(nèi)周期信號重復(fù)變化了N次，則頻率可表達(dá)為：f＝N/T時間與頻率的關(guān)系：可以互相轉(zhuǎn)換。4.1 概述第2頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2)時頻測量的特點(diǎn)◆最常見和最重要的測量 時間是7個基本國際單位之一，時間、頻率是極為重要的物理量，在通信、航空航天、武器裝備、科學(xué)試驗、醫(yī)療、工業(yè)自動化等民用和軍事方面都存在時頻測量?！魷y量準(zhǔn)確度高 時間頻率基準(zhǔn)具有最高準(zhǔn)確度（可達(dá)10-14），校準(zhǔn)（比對）方便，因而數(shù)字化時頻測量可達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。因此，許多物理量的測量都轉(zhuǎn)換為時頻測量。◆自動化程度高◆測量速度快第3頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）測量方法概述頻率的測量方法可以分為：差頻法拍頻法示波法電橋法諧振法比較法直讀法李沙育圖形法測周期法模擬法頻率測量方法數(shù)字法電容充放電法電子計數(shù)器法第4頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一各種測量方法有著不同的實(shí)現(xiàn)原理，其復(fù)雜程度不同。各種測量方法有著不同的測量準(zhǔn)確度和適用的頻率范圍。數(shù)字化電子計數(shù)器法是時間、頻率測量的主要方法，是本章的重點(diǎn)。第5頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.1.2電子計數(shù)器概述一、電子計數(shù)器的分類按功能可以分為如下四類：（1）通用計數(shù)器：可測量頻率、頻率比、周期、時間間隔、累加計數(shù)等。其測量功能可擴(kuò)展。（2）頻率計數(shù)器：其功能限于測頻和計數(shù)。但測頻范圍往往很寬。（3）時間計數(shù)器：以時間測量為基礎(chǔ)，可測量周期、脈沖參數(shù)等，其測時分辨力和準(zhǔn)確度很高。（4）特種計數(shù)器:具有特殊功能的計數(shù)器。包括可逆計數(shù)器、序列計數(shù)器、預(yù)置計數(shù)器等。用于工業(yè)測控。第6頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一二、主要技術(shù)指標(biāo)（1）測量范圍：毫赫~幾十GHz。（2）準(zhǔn)確度：可達(dá)10-9以上。（3）晶振頻率及穩(wěn)定度：晶體振蕩器是電子計數(shù)器的內(nèi)部基準(zhǔn)，一般要求高于所要求的測量準(zhǔn)確度的一個數(shù)量級（10倍）。輸出頻率為1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等，普通晶振穩(wěn)定度為10-5，恒溫晶振達(dá)10-7~10-9。（4）輸入特性：包括耦合方式（DC、AC）、觸發(fā)電平（可調(diào)）、靈敏度（10~100mV）、輸入阻抗（50Ω低阻和1MΩ//25pF高阻）等。（5）閘門時間(測頻)：有1ms、10ms、100ms、1s、10s。（6）時標(biāo)(測周)：有10ns、100ns、1ms、10ms。（7）顯示：包括顯示位數(shù)及顯示方式等。第7頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一三、電子計數(shù)器的發(fā)展◆測量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智能化?！魷y量準(zhǔn)確度和頻率上限是電子計數(shù)器的兩個重要指標(biāo)，電子計數(shù)器的發(fā)展體現(xiàn)了這兩個指標(biāo)的不斷提高及功能的擴(kuò)展和完善。◆例子：●通道：兩個225MHz通道，也可 選擇第三個12.4GHz通道?！衩棵?2位的頻率分辨率、150ps的時間間隔分辨率。●測量功能：包括頻率、頻率比、時間間隔、上升時間、下降時間、相位、占空比、正脈沖寬度、負(fù)脈沖寬度、總和、峰電壓、時間間隔平均和時間間隔延遲?！裉幚砉δ埽浩骄怠⒆钚≈?、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。第8頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.2.1時間與頻率的原始標(biāo)準(zhǔn)1）天文時標(biāo)◆原始標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具有恒定不變性?！纛l率和時間互為倒數(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)具有一致性?！艉暧^標(biāo)準(zhǔn)和微觀標(biāo)準(zhǔn) 宏觀標(biāo)準(zhǔn)：基于天文觀測； 微觀標(biāo)準(zhǔn)：基于量子電子學(xué)，更穩(wěn)定更準(zhǔn)確?！羰澜鐣r（UT,UniversalTime）:以地球自轉(zhuǎn)周期(1天)確定的時間，即1/(24×60×60)=1/86400為1秒。其誤差約為10－7量級。4.2時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)第9頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一1）天文時標(biāo)◆為世界時確定時間觀測的參考點(diǎn)，得到平太陽時：由于地球自轉(zhuǎn)周期存在不均勻性，以假想的平太陽作為基本參考點(diǎn)。零類世界時（UT0）：以平太陽的子夜0時為參考。第一類世界時（UT1）：對地球自轉(zhuǎn)的極移效應(yīng)（自轉(zhuǎn)軸微小位移）作修正得到。第二類世界時（UT2）：對地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化（影響自轉(zhuǎn)速率）作修正得到。準(zhǔn)確度為3×10－8

。歷書時（ET）：以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，即公轉(zhuǎn)周期（1年）的31556925.9747分之一為1秒。參考點(diǎn)為1900年1月1日0時（國際天文學(xué)會定義）。準(zhǔn)確度達(dá)1×10－9

。于1960年第11屆國際計量大會接受為“秒”的標(biāo)準(zhǔn)。第10頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）原子時標(biāo)◆基于天文觀測的宏觀標(biāo)準(zhǔn)用于測試計量中的不足設(shè)備龐大、操作麻煩；觀測時間長；準(zhǔn)確度有限。◆原子時標(biāo)（AT）的量子電子學(xué)基礎(chǔ) 原子（分子）在能級躍遷中將吸收(低能級到高能級)或輻射（高能級到低能級）電磁波，其頻率是恒定的。

hfn-m=En-Em

式中，h=6.6252×10-27為普朗克常數(shù)，En、Em為受激態(tài)的兩個能級，fn-m為吸收或輻射的電磁波頻率。第11頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一原子時標(biāo)的定義

1967年10月，第13屆國際計量大會正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,770個周期的時間”。

1972年起實(shí)行，為全世界所接受。秒的定義由天文實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)過渡到原子自然標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度提高了4-5個量級，達(dá)5×10-14(相當(dāng)于62萬年±1秒)，并仍在提高。第12頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.2.2石英晶體振蕩器電子計數(shù)器內(nèi)部時間、頻率基準(zhǔn)采用石英晶體振蕩器（簡稱“晶振”）為基準(zhǔn)信號源?；趬弘娦?yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。但是晶振頻率易受溫度影響（其頻率-溫度特性曲線有拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)處最平坦），普通晶體頻率準(zhǔn)確度為10-5。采用溫度補(bǔ)償或恒溫措施（恒定在拐點(diǎn)處的溫度）可得到高穩(wěn)定、高準(zhǔn)確的頻率輸出。下圖為恒溫晶振的組成。第13頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一1）組成第14頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）指標(biāo)◆晶體振蕩器的主要指標(biāo)有:

輸出頻率:1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。 日波動:2×10-10

；日老化:1×10-10；秒穩(wěn):5×10-12。 輸出波形:正弦波；輸出幅度:0.5Vrms(負(fù)載50Ω)?！魩追N不同類型的晶體振蕩器指標(biāo)

晶振類型輸出頻率(MHz)日穩(wěn)定度準(zhǔn)確度普通1，1010-5~10-610-5溫度補(bǔ)償1，5，1010-6~10-710-6單恒溫槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8雙恒溫槽2.5，5，1010-9~10-11優(yōu)于10-8第15頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.3.1模擬測量原理

1直接法 直接法是利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率值，其又可細(xì)分為諧振法和電橋法兩種。（1）諧振法：調(diào)節(jié)可變電容器C使回路發(fā)生諧振，此時回路電流達(dá)到最大(高頻電壓表指示)，則

可測量1500MHz以下的頻率，準(zhǔn)確度±(0.25～1)%。4.3時間和頻率的測量原理第16頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一

(2）電橋法：利用電橋的平衡條件和頻率有關(guān)的特性來進(jìn)行頻率測量,通常采用如下圖所示的文氏電橋來進(jìn)行測量。調(diào)節(jié)R1、R2使電橋達(dá)到平衡，則有If第17頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一令平衡條件表達(dá)式兩端實(shí)虛部分別相等，得到： 和于是，被測信號頻率為：通常取R1=R2=R,C1=C2=C，則測量準(zhǔn)確度：受橋路中各元件的精確度、判斷電橋平衡的準(zhǔn)確程度（取決于橋路諧振特性的尖銳度即指示器的靈敏度）和被測信號的頻譜純度的限制，準(zhǔn)確度不高，一般約為±(0.5～1)%。第18頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2比較法◆基本原理利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測量頻率fx進(jìn)行比較來測量頻率。有拍頻法、外差法、示波法以及計數(shù)法等。

數(shù)學(xué)模型為：◆拍頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率疊加，由指示器（耳機(jī)或電壓表）指示。適于音頻測量（很少用）。◆外差法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率混頻，取出差頻并測量?？蓽y量范圍達(dá)幾十MHz（外差式頻率計）?！羰静ǚǎ豪钌秤龍D形法：將fx和fs分別接到示波器Y軸和X軸（X-Y圖示方式），當(dāng)fx＝fs時顯示為斜線（橢圓或園）；測周期法：直接根據(jù)顯示波形由X通道掃描速率得到周期，進(jìn)而得到頻率。第19頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.3.2數(shù)字測量原理1）門控計數(shù)法測量原理◆時間、頻率量的特點(diǎn)

頻率是在時間軸上無限延伸的，因此，對頻率量的測量需確定一個取樣時間T，在該時間內(nèi)對被測信號的周期累加計數(shù)(若計數(shù)值為N)，根據(jù)fx=N/T得到頻率值。

為實(shí)現(xiàn)時間（這里指時間間隔）的數(shù)字化測量，需將被測時間按盡可能小的時間單位（稱為時標(biāo)）進(jìn)行量化，通過累計被測時間內(nèi)所包含的時間單位數(shù)（計數(shù)）得到?！魷y量原理

將需累加計數(shù)的信號（頻率測量時為被測信號，時間測量時為時標(biāo)信號），由一個“閘門”（主門）控制，并由一個“門控”信號控制閘門的開啟（計數(shù)允許）與關(guān)閉（計數(shù)停止）。第20頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一

閘門可由一個與（或“或”）邏輯門電路實(shí)現(xiàn)。這種測量方法稱為門控計數(shù)法。其原理如下圖所示。

上圖為由“與”邏輯門作為閘門，其門控信號為‘1’時閘門開啟（允許計數(shù)），為‘0’時閘門關(guān)閉（停止計數(shù)）。◆測頻時，閘門開啟時間（稱為“閘門時間”）即為采樣時間。

測時間（間隔）時，閘門開啟時間即為被測時間。第21頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）通用計數(shù)器的基本組成通用電子計數(shù)器的組成框圖如下圖所示：第22頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一通用計數(shù)器包括如下幾個部分輸入通道：通常有A、B、C多個通道，以實(shí)現(xiàn)不同的測量功能。輸入通道電路對輸入信號進(jìn)行放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計數(shù)的脈沖信號。 通過預(yù)定標(biāo)器還可擴(kuò)展頻率測量范圍。主門電路：完成計數(shù)的閘門控制作用。計數(shù)與顯示電路：計數(shù)電路是通用計數(shù)器的核心電路，完成脈沖計數(shù)；顯示電路將計數(shù)結(jié)果（反映測量結(jié)果）以數(shù)字方式顯示出來。時基產(chǎn)生電路：產(chǎn)生機(jī)內(nèi)時間、頻率測量的基準(zhǔn)，即時間測量的時標(biāo)和頻率測量的閘門信號?？刂齐娐罚嚎刂茀f(xié)調(diào)整機(jī)工作，即準(zhǔn)備測量顯示。第23頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一1）A、B輸入通道◆作用：它們主要由放大/衰減、濾波、整形、觸發(fā)（包括出發(fā)電平調(diào)節(jié)）等單元電路構(gòu)成。其作用是對輸入信號處理以產(chǎn)生符合計數(shù)要求（波形、幅度）的脈沖信號。

通過預(yù)定標(biāo)器（外插件）還可擴(kuò)展頻率測量范圍?！羲姑芴赜|發(fā)電路：利用斯密特觸發(fā)器的回差特性，對輸入信號具有較好的抗干擾作用。4.4.1電子計數(shù)器的組成4.4電子計數(shù)器的組成原理和測量功能第24頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）主門電路◆功能：主門也稱為閘門，通過“門控信號”控制進(jìn)入計數(shù)器的脈沖，使計數(shù)器只對預(yù)定的“閘門時間”之內(nèi)的脈沖計數(shù)。◆電路：由“與門”或“或門”構(gòu)成。其原理如下圖：◆由“與門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘1’時，允許計數(shù)脈沖通過；由“或門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘0’時，允許計數(shù)脈沖通過?！簟伴T控信號”還可手動操作得到，如實(shí)現(xiàn)手動累加計數(shù)。第25頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）計數(shù)與顯示電路◆功能：計數(shù)電路對通過主門的脈沖進(jìn)行計數(shù)（計數(shù)值代表了被測頻率或時間），并通過數(shù)碼顯示器將測量結(jié)果直觀地顯示出來。 為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用十進(jìn)制計數(shù)電路。◆計數(shù)電路的重要指標(biāo)：最高計數(shù)頻率。 計數(shù)電路一般由多級雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時間限制，使計數(shù)電路存在最高計數(shù)頻率的限制。而且對多位計數(shù)器，最高計數(shù)頻率主要由個位計數(shù)器決定?！舨煌娐肪哂胁煌墓ぷ魉俣龋喝?4LS（74HC）系列為30~40MHz；74S系列為100MHz；CMOS電路約5MHz；ECL電路可達(dá)600MHz。第26頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一類型：單片集成與可編程計數(shù)器單片集成的中小規(guī)模IC如：74LS90（MC11C90）十進(jìn)制計數(shù)器；74LS390、CD4018(MC14018)為雙十進(jìn)制計數(shù)器?？删幊逃嫈?shù)器IC如：Intel8253/8254等。顯示器LED、LCD、熒光（VFD）等。顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動電路。如74LS47、CD4511等。專用計數(shù)與顯示單元電路：如ICM7216D。第27頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4）時基產(chǎn)生電路◆功能：產(chǎn)生測頻時的“門控信號”（多檔閘門時間可選）及時間測量時的“時標(biāo)”信號（多檔可選）?！魧?shí)現(xiàn)：由內(nèi)部晶體振蕩器（也可外接），通過倍頻或分頻得到。再通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到“門控信號”。

如，若fc=1MHz,經(jīng)

106分頻后，可得到

fs=1Hz(周期Ts=1s)

的時基信號，經(jīng)過 門控雙穩(wěn)態(tài)電路得 到寬度為Ts=1s的 門控信號。第28頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆要求：標(biāo)準(zhǔn)性：“門控信號”和“時標(biāo)”作為計數(shù)器頻率和時間測量的本地工作基準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)具有高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度。多值性：為了適應(yīng)計數(shù)器較寬的測量范圍，要求“閘門時間”和“時標(biāo)”可多檔選擇。常用“閘門時間”有：1ms、10ms、100ms、1s、10s。常用的“時標(biāo)”有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。第29頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一5）控制電路◆功能：產(chǎn)生各種控制信號，控制、協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機(jī)按“復(fù)零－測量－顯示”的工作程序完成自動測量的任務(wù)。如下圖所示：準(zhǔn)備期（復(fù)零，等待）

測量期（開門，計數(shù)）

顯示期（關(guān)門，停止計數(shù)）第30頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.4.2電子計數(shù)器的測量功能1）頻率測量

◆原理：計數(shù)器嚴(yán)格按照的定義實(shí)現(xiàn)頻率測量。 根據(jù)上式的頻率定義，T為采樣時間，N為T內(nèi)的周期數(shù)。采樣時間T預(yù)先由閘門時間Ts確定（時基頻率為fs）。則或 該式表明，在數(shù)字化頻率測量中，可用計數(shù)值N表示fx。它體現(xiàn)了數(shù)字化頻率測量的比較法測量原理?！衾纾洪l門時間Ts=1s，若計數(shù)值N=10000，則顯示的fx為“10000”Hz，或“10.000”kHz。如閘門時間Ts=0.1s，則計數(shù)值N=1000，則顯示的fx為“10.00”kHz。請注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表示了頻率測量的分辨力（應(yīng)等于時基頻率fs）。第31頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一頻率測量原理框圖和工作波形圖（fx由A通道輸入，內(nèi)部時基）為便于測量和顯示，計數(shù)器通常為十進(jìn)制計數(shù)器，多檔閘門時間設(shè)定為10的冪次方，這樣可直接顯示計數(shù)結(jié)果，并通過移動小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測頻率。測量速度與分辨力：閘門時間Ts為頻率測量的采樣時間，Ts愈大，則測量時間愈長，但計數(shù)值N愈大，分辨力愈高。放大、整形閘門門控電路計數(shù)顯示Afx分頻電路時基TsBCDDTsABC第32頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）頻率比的測量◆原理：實(shí)際上，前述頻率測量的比較測量原理就是一種頻率比的測量：fx對fs的頻率比。 據(jù)此，若要測量fA對fB的頻率比（假設(shè)fA>fB），只要用fB的周期TB作為閘門，在TB時間內(nèi)對fA作周期計數(shù)即可。◆方法：fA對fB分別由A、B兩通道輸入，如下圖。

第33頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆注意：頻率較高者由A通道輸入，頻率較低者由B通道輸入。◆提高頻率比的測量精度： 擴(kuò)展B通道信號的周期個數(shù)。

例如：以B通道信號的10個周期作為閘門信號，則計數(shù)值為：,即計數(shù)值擴(kuò)大了10倍，相應(yīng)的測量精度也就提高了10倍。為得到真實(shí)結(jié)果，需將計數(shù)值N縮小10倍（小數(shù)點(diǎn)左移1位），即◆應(yīng)用：可方便地測得電路的分頻或倍頻系數(shù)。第34頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）周期的測量◆原理：“時標(biāo)計數(shù)法”周期測量。 對被測周期Tx，用已知的較小單位時間刻度T0（“時標(biāo)”）去量化，由Tx所包含的“時標(biāo)”數(shù)N即可得到Tx。即 該式表明，“時標(biāo)”的計數(shù)值N可表示周期Tx。也體現(xiàn)了時間間隔（周期）的比較測量原理?！魧?shí)現(xiàn)：由Tx得到閘門；在Tx內(nèi)計數(shù)器對時標(biāo)計數(shù)。

——Tx由B通道輸入，內(nèi)部時標(biāo)信號由A通道輸入（A通道外部輸入斷開）。第35頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆原理框圖：◆例如：時標(biāo)T0=1us，若計數(shù)值N=10000，則顯示的Tx為“10000”us，或“10.000”ms。如時標(biāo)T0=10us，則計數(shù)值N=1000，顯示的Tx為“10.00”ms。請注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位表示了周期測量的分辨力（應(yīng)等于時標(biāo)T0

）。為便于顯示，多檔時標(biāo)設(shè)定為10的冪次方?！魷y量速度與分辨力：一次測量時間即為一個周期Tx，Tx愈大(頻率愈低)則測量時間愈長；計數(shù)值N與時標(biāo)有關(guān)，時標(biāo)愈小分辨力愈高。第36頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4）時間間隔的測量◆時間間隔：指兩個時刻點(diǎn)之間的時間段。在測量技術(shù)中，兩個時刻點(diǎn)通常由兩個事件確定。如，一個周期信號的兩個同相位點(diǎn)（如過零點(diǎn)）所確定的時間間隔即為周期?！魞蓚€事件的例子及測量參數(shù)還有：

同一信號波形上兩個不同點(diǎn)之間脈沖信號參數(shù)； 兩個信號波形上，兩點(diǎn)之間相位差的測量； 手動觸發(fā)定時、累加計數(shù)。◆測量方法：由兩個事件觸發(fā)得到起始信號和終止信號，經(jīng)過門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到“門控信號”，門控時間即為被測的時間間隔。在門控時間內(nèi)，仍采用“時標(biāo)計數(shù)”方法測量（即所測時間間隔由“時標(biāo)”量化）。 第37頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一原理框圖欲測量時間間隔的起始、終止信號分別由B、C通道輸入。時標(biāo)由機(jī)內(nèi)提供。如下圖。第38頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆

觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)：為增加測量的靈活性，B、C輸入通道都設(shè)置有觸發(fā)極性(+、-)和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)，以完成各種時間間隔的測量。如下圖的脈沖參數(shù)測量。VBVc起始停止開門時間C＋(50%)B＋(50%)起始停止開門時間VBVcB＋(50%)C-(50%)(50%)－

B+(50%)

C

+(50%)

－(50%)

C＋(90%)閘門信號關(guān)門信號開門信號B＋(10%)第39頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一相位差的測量利用時間間隔的測量，可以測量兩個同頻率的信號之間的相位差。兩個信號分別由B、C通道輸入，并選擇相同的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平。測量原理如下圖：為減小測量誤差，分別取

+、-觸發(fā)極性作兩次測量， 得到t1、t2再取平均，則第40頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一5）自檢（自校）◆功能：檢驗儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常?！魧?shí)現(xiàn)方法：為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該在自檢實(shí)施前即是已知的。為此，用機(jī)內(nèi)的時基Ts（閘門信號）對時標(biāo)T0計數(shù)，則計數(shù)結(jié)果應(yīng)為：◆自檢的方框圖：◆例如：若選擇Ts=10ms, T0=1us,則自檢顯示應(yīng) 穩(wěn)定在N=10000?！糇詸z不能檢測內(nèi)部基準(zhǔn)源。放大、整形晶振放大、整形閘門計數(shù)器顯示門控電路分頻電路T0Ts第41頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.5.1測量誤差的來源1）量化誤差◆量化誤差定義：由前述頻率測量fx=N/Ts=Nfs和周期測量Tx=NT0，可見，由于計數(shù)值N為整數(shù)，fx和Tx必然產(chǎn)生“截斷誤差”，該誤差即為“量化誤差”。也稱為“±1誤差”，它是所有數(shù)字化儀器都存在的誤差?！舢a(chǎn)生原因：量化誤差并非由于計數(shù)值N的不準(zhǔn)確（也并非標(biāo)準(zhǔn)頻率源fs或時標(biāo)T0的不準(zhǔn)確）造成。而是由于閘門開啟和關(guān)閉的時間與被測信號不同步引起（亦即開門和關(guān)門時刻與被測信號出現(xiàn)的時刻是隨機(jī)的），使得在閘門開始和結(jié)束時刻有一部分時間零頭沒有被計算在內(nèi)而造成的測量誤差?！粝聢D為頻率測量時量化誤差的示意圖。4.5電子計數(shù)器的測量誤差第42頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一量化誤差分析如圖，對同一被測信號，在相同的閘門時間內(nèi)，計數(shù)結(jié)果不同。根據(jù)頻率定義，準(zhǔn)確的fx應(yīng)為 式中， 即，或 因此，量化誤差的影響相當(dāng)于計數(shù)值N的“±”個字?！羰请S機(jī)的，它們服從均勻分布，其差值 則服從三角分布。第43頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）觸發(fā)誤差◆觸發(fā)誤差定義：輸入信號都需經(jīng)過通道電路放大、整形等，得到脈沖信號，即輸入信號(轉(zhuǎn)換為)脈沖信號。 這種轉(zhuǎn)換要求只對信號幅值和波形變換，不能改變其頻率。但是，若輸入被測信號疊加有干擾信號，則信號的頻率（周期）及相對閘門信號的觸發(fā)點(diǎn)就可能變化。由此產(chǎn)生的測量誤差稱為“觸發(fā)誤差”，也稱為“轉(zhuǎn)換誤差”。◆如圖，周期為Tx的輸 入信號，觸發(fā)電平在

A1點(diǎn)，但在A1’點(diǎn)上有 干擾信號(幅度Vn)。

提前觸發(fā),周期TxTx’。第44頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 機(jī)內(nèi)時基（閘門時間）和時標(biāo)是頻率和時間間隔測量的參考基準(zhǔn)，它們由內(nèi)部晶體振蕩器（標(biāo)準(zhǔn)頻率源）分頻或倍頻后產(chǎn)生。因此，其準(zhǔn)確度和測量時間之內(nèi)的短期穩(wěn)定度將直接影響測量結(jié)果。

通常，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差小于測量誤差的一個數(shù)量級。 因此，內(nèi)部晶振要求較高穩(wěn)定性。若不能滿足測量要求，還可外接更高準(zhǔn)確度的外部基準(zhǔn)源。第45頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.5.2頻率測量的誤差分析1）誤差表達(dá)式◆由頻率測量表達(dá)式：fx=N/Ts=Nfs，計數(shù)器直接測頻的誤差主要由兩項組成：即量化誤差（±1誤差）和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差?？傉`差采用分項誤差絕對值合成，即:

式中，

即為±1誤差，其最大值為,而

由于fs由晶振(fc)分頻得到，設(shè)fs=fc/k，則 于是，頻率測量的誤差表達(dá)式可寫成：第46頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一誤差曲線分析：誤差曲線直觀地表示了測頻誤差與被測頻率fx和閘門時間Ts的關(guān)系。fx愈大則誤差愈小，閘門時間愈大誤差也愈小，并且，測頻誤差以標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為極限。第47頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）量化誤差的影響◆從頻率測量的誤差表達(dá)式： 可知，量化誤差為 它是頻率測量的主要誤差（標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差一般可忽略）。

為減小量化誤差，需增大計數(shù)值N：增大閘門時間Ts或在相同的閘門時間內(nèi)測量較高的頻率可得到較大的N。◆但需注意：增大閘門時間將降低測量速度，并且計數(shù)值的增加不應(yīng)超過計數(shù)器的計數(shù)容量，否則將產(chǎn)生溢出（高位無法顯示）。

例如：一個6位的計數(shù)器，最大顯示為999999，當(dāng)用Ts=10s的閘門測量fx=1MHz時,應(yīng)顯示“1000000.0”Hz或1.0000000”MHz,顯然溢出。第48頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）實(shí)例分析

[例]被測頻率fx＝1MHz，選擇閘門時間Ts＝1s，則由±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差(不考慮標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差)為：

若Ts增加為10s，則計數(shù)值增加10倍，相應(yīng)的測頻誤差也降低10倍，為±1×10－7，但測量時間將延長10倍。注意：該例中，當(dāng)選擇閘門時間Ts＝1s時，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差優(yōu)于±1×10－7（即比量化誤差高一個數(shù)量級），否則，標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在總測量誤差中不能忽略。第49頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.5.3周期測量的誤差分析1）誤差表達(dá)式◆由測周的基本表達(dá)式：

根據(jù)誤差合成公式，可得：

式中，和分別為量化誤差和時標(biāo)周期誤差。由(Tc為晶振周期，k為倍頻或分頻比)，有：而計數(shù)值N為：

所以，第50頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）量化誤差的影響◆由測周的誤差表達(dá)式： 其中，第一項即為量化誤差。它表示Tx愈大（被測信號的頻率愈低），則量化誤差愈小，其意義為Tx愈大則計入的時標(biāo)周期數(shù)N愈大。另外，晶振的分頻系數(shù)k愈小，則時標(biāo)周期愈小，在相同的Tx內(nèi)計數(shù)值愈大。 此外，第二項為標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差，通常也要求小于測量誤差的一個數(shù)量級，這時就可作為微小誤差不予考慮。第51頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）中界頻率◆測頻時，被測頻率fx愈低，則量化誤差愈大；測周時，被測頻率fx愈高，則量化誤差愈大。 可見，在測頻與測周之間，存在一個中界頻率fm， 當(dāng)fx>fm時，應(yīng)采用測頻；當(dāng)fx<fm時，應(yīng)采用測周方案?！糁薪珙l率fm的確定 量化誤差取決于計數(shù)值N，測頻時;測周時。 令兩式相等，并用Tm表示Tx： 于是，有：或例：若Ts=1s,T0=1us，則fm=1kHz,在該頻率上,測頻與測周的量化誤差相等。第52頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4）觸發(fā)誤差◆頻率測量時觸發(fā)誤差的影響 ●尖峰脈沖的干擾 如圖，尖峰脈沖只 引起觸發(fā)點(diǎn)的改變， 對測頻影響不大。

●高頻疊加干擾

如圖，產(chǎn)生錯誤計數(shù)。 ●措施

增大觸發(fā)窗或減小信號幅度；

輸入濾波。

第53頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆周期測量時觸發(fā)誤差的影響●尖峰脈沖

周期測量時，尖峰脈沖的干擾對測量結(jié)果的影響非常嚴(yán)重。如圖，測量誤差為：●分析

設(shè)輸入為正弦波：,干擾幅度為Vn。對觸發(fā)點(diǎn)A1作切線ab，其斜率為

則，

可見，愈大，即觸發(fā)點(diǎn)愈陡峭，誤差愈小。第54頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一進(jìn)一步推導(dǎo)觸發(fā)點(diǎn)的斜率，如下：實(shí)際中，對正弦輸入信號，常選擇過零點(diǎn)為觸發(fā)點(diǎn)（具有最陡峭的斜率），則觸發(fā)點(diǎn)電壓：VB=0。于是，有：若考慮在一個周期開始和結(jié)束時可能都存在觸發(fā)誤差，分別用表示，并按隨機(jī)誤差的均方根合成，得到：●結(jié)論：測周時為減小觸發(fā)誤差，應(yīng)提高信噪比。第55頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一1多周期同步測量技術(shù)2模擬內(nèi)插法

1）內(nèi)插法原理；

2）時間擴(kuò)展電路3游標(biāo)法4平均法4.6高分辨時間和頻率測量技術(shù)第56頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.6.1多周期同步測量技術(shù)◆意義：如前述，對低頻信號，為減小量化誤差，宜采用測周方案。但測周時不能直接得到頻率值的顯示結(jié)果，為得到頻率值顯示，硬件上采用了一種特殊設(shè)計——即倒數(shù)計數(shù)器?！粼恚翰蓸佣嘀芷谕綔y量的原理，即測量輸入信號的多個（整數(shù)個）周期值，再進(jìn)行倒數(shù)運(yùn)算求得頻率。原理圖見166頁圖4-23.

第57頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一

A、B計數(shù)器在同一個閘門時間T內(nèi)分別對fx和f0進(jìn)行計數(shù)。有

NA=fxT

NB=f0T

NA/fx=NB/f0=

T

故

fx=（NA/NB

）f0

誤差分析：由于同步電路存在，開門信號與被測信號同步，且為被測信號的整數(shù)倍，所以NA無±1誤差，NB存在±1誤差，但一般NB較大，±1/NB較小。第58頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.6.2模擬內(nèi)插法一般時間間隔測量的局限性： 為減小量化誤差，需減小時標(biāo)以增大計數(shù)值，但時標(biāo)的減小受時基電路和計數(shù)器最高工作頻率限制，而計數(shù)器也有最大計數(shù)容量的限制（最大計數(shù)值）。

內(nèi)插法對已存在的量化誤差，測量出量化單位以下的尾數(shù)(零頭時間)。如下圖所示， 則準(zhǔn)確的Tx為：

Tx=T0+T1-T2為實(shí)現(xiàn)T1-T2的測量，有模擬和數(shù)字兩種方法。第59頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一一、模擬內(nèi)插法原理由于T1和T2均很?。ㄐ∮跁r標(biāo)），采用普通的“時標(biāo)計數(shù)法”難以實(shí)現(xiàn)（需要非常小的時標(biāo)）。其實(shí)現(xiàn)的基本思路是：對T1和T2作時間擴(kuò)展（放大）后測量。三次測量 若T1、T2均擴(kuò)展k倍， 采用同一個時標(biāo)（設(shè)為）分別測量T0、kT1、kT2，設(shè)計數(shù)值分別為：N0、N1、N2， 則：意義：上式由于不存在量化誤差，總量化誤差由(N1-N2)引起，降低了k倍。相當(dāng)于用時標(biāo)的普通時間測量。第60頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一二、時間擴(kuò)展電路◆時間擴(kuò)展電路 如下圖所示：以恒流源I1對電容器C充電，然后以恒流源I2對電容器C放電（取KI2=I1

），設(shè)充電時間為T1，由充放電電荷相等可得：故放電時間為kT1，即將T1擴(kuò)展了K倍。同理也可以采取同樣方法對T2擴(kuò)展K倍。（P167-168）第61頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一例如，擴(kuò)展器控制的開門時間為T1的1000倍,則：內(nèi)插后測量分辨力提高了1000倍。注：內(nèi)插擴(kuò)展技術(shù)可大大提高測時分辨力,但測量前需進(jìn)行校準(zhǔn)。第62頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.6.3游標(biāo)法游標(biāo)法的原理◆數(shù)字式游標(biāo)法實(shí)現(xiàn)的原理和游標(biāo)卡尺的原理相似，是利用相差很微小的兩個量，對其量化單位以下的差值進(jìn)行多次的疊加，直到疊加的值達(dá)到一個量化單位為止，通過相關(guān)的計算便可以獲得較精確的差值。 ◆設(shè)主時鐘頻率F01＝1/T01和游標(biāo)時鐘F02＝1/T02。F01>F02(T01<T02)且F01和F02非常接近。即差值ΔT0=T02－T01很小。 如T01=10ns，T02=11ns，則ΔT0=T02－T01=1ns?！綦p游標(biāo)法的工作原理 如下圖。第63頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆如圖，設(shè)開門與關(guān)門時的兩個“零頭時間”為,開門后同時啟動主計數(shù)器和游標(biāo)脈沖1計數(shù)，由于T02>T01，設(shè)經(jīng)過N1個計數(shù)值后,游標(biāo)脈沖與主脈沖重合(圖中符合點(diǎn)1)。此時：即：第64頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一同樣，在關(guān)門時(主時鐘計數(shù)停止)啟動游標(biāo)脈沖2開始計數(shù)，由于T02>T01，設(shè)經(jīng)過N2個計數(shù)值后，游標(biāo)脈沖與主脈沖重合(圖中符合點(diǎn)2)。此時，有：由則，被測時間間隔為：定義擴(kuò)展系數(shù)K， 則游標(biāo)時鐘周期用K可表示為： 而 于是，被測時間間隔可寫成： 可見，數(shù)字游標(biāo)法將測時分辨力由T01提高到了T01/K。游標(biāo)法使用時要注意幾個問題（P170）第65頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.6.4平均法一、平均法原理 由于閘門開啟和被測信號脈沖時間關(guān)系的隨機(jī)性，●單次測量（測頻和測周）總是存在量化誤差，這是一種隨機(jī)誤差,它在－1/N～1/N范圍內(nèi)(誤差限1/N)均勻分布。

●多次測量取平均。利用隨機(jī)誤差的抵償性，可采取多次測量取平均的辦法，減小測量誤差。第66頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一

●設(shè)連續(xù)進(jìn)行有限次（n次）測量，計數(shù)值分別為N1、N2、…、Nn，其算術(shù)平均值為： 由于N1≈N2≈…≈Nn≈N，各次的量化誤差為：

對各單次測量的量化誤差采用均方根合成，根據(jù)算術(shù)平均值的性質(zhì)，其誤差將減小到單次測量的 即：第67頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一二、時基脈沖的隨機(jī)調(diào)相技術(shù)

◆平均法依賴于各單次測量的量化誤差的隨機(jī)性，即要求閘門開啟/關(guān)閉時刻和被測信號脈沖之間具有真正的隨機(jī)性。否則，各單次測量的量化誤差就不具有隨機(jī)誤差的抵償性?！魧?shí)現(xiàn)原理 采用齊納二極管產(chǎn)生的噪聲對時基脈沖進(jìn)行隨機(jī)相位調(diào)制，使時基脈沖具有隨機(jī)的相位抖動。

◆原理圖 下圖是一個實(shí)用的測量方案。第68頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一第69頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.7微波頻率測量技術(shù)4.7.1變頻法

1）變頻法原理

2）組成框圖4.7.2置換法

1）置換法原理

2）組成框圖

第70頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.7微波頻率測量技術(shù)

通用電子計數(shù)器受內(nèi)部計數(shù)器等電路的工作速度的限制，對輸入信號直接計數(shù)存在最高計數(shù)頻率的限制。 中速計數(shù)器采用“預(yù)定標(biāo)器”（由ECL電路構(gòu)成的分頻器），將輸入信號進(jìn)行分頻后，再由計數(shù)器計數(shù)。 對于幾十GHz的微波計數(shù)器，主要采用變頻法和置換法將輸入微波頻率信號變換成可直接計數(shù)的中頻。4.7.1變頻法 變頻法（或稱外差法）是將被測微波信號經(jīng)差頻變換成頻率較低的中頻信號，再由電子計數(shù)器計數(shù)。第71頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一

電子計數(shù)器主機(jī)內(nèi)送出的標(biāo)準(zhǔn)頻率fs，經(jīng)過諧波發(fā)生器產(chǎn)生高次諧波，再由諧波濾波器選出所需的諧波分量Nfs，它與被測信號fx混頻出差頻fI。若由電子計數(shù)器測出fI，則被測頻率fx為

：

為適應(yīng)fx的變化，諧波濾波器應(yīng)能夠選出合適的諧波分量Nfs。[如P171例4-2]混頻器差頻放大器電子計數(shù)器諧波濾波器諧波發(fā)生器輸入fxfIfs1）變頻法原理第72頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）組成框圖自動變頻式微波計數(shù)器的原理方框圖如下圖所示。

混頻器差頻放大器電子計數(shù)器諧波濾波器（YIG電調(diào)濾波器）諧波發(fā)生器（階躍恢復(fù)二極管）輸入fxfI

輸入

fs

輸出

Nfs掃描捕獲電路檢波器fI

＝fx-Nfs第73頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一工作原理諧波發(fā)生器：輸入為計數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)頻率信號fs。采用階躍恢復(fù)二極管，以產(chǎn)生豐富的諧波Nfs。諧波濾波器：采用YIG（單晶鐵氧體材料）電調(diào)諧濾波器，其諧振頻率可在很寬范圍實(shí)現(xiàn)電調(diào)。掃描捕獲電路：產(chǎn)生階梯波電流，控制YIG的外加磁場，使YIG的諧振頻率從低到高步進(jìn)式地改變，從而可逐次選出不同的各次諧波。差頻放大器、檢波器：當(dāng)諧波濾波器輸出的某次諧波Nfs與待測頻率fx的差頻fI（＝fx－Nfs）落在差頻放大器的帶寬（1～101MHz）范圍內(nèi)時，fI經(jīng)放大、檢波后輸出一直流電壓，使掃描捕獲電路停止掃描，因而YIG固定地調(diào)諧在N次諧波上。

第74頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一微波計數(shù)器的顯示當(dāng)YIG調(diào)諧成功（選擇的諧波分量Nfs被確定）后，控制電路直接將Nfs在高位上顯示。而fI=fx-Nfs則由計數(shù)器計數(shù)并顯示在Nfs位之后。 這樣，便得到fx=Nfs+fI。例如：若fx=1234.567890MHz，標(biāo)準(zhǔn)頻率fs=100MHz。 則YIG應(yīng)調(diào)諧在N=12次諧波上，即Nfs=1200MHz，高位直接顯示“12”。 計數(shù)器再對差頻信號fI=fx-Nfs=34.567890MHz計數(shù)， 最后顯示為“12

34.567890”MHz。變頻法特點(diǎn)：諧波Nfs幅度低，靈敏度低，但分辨力高。第75頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.7.2置換法1）置換法原理利用一個頻率較低的置換振蕩器的N次諧波，與被測微波頻率fx進(jìn)行分頻式鎖相，從而把fx轉(zhuǎn)換到較低的頻率fL（通常為100MHz以下）。原理框圖如下：當(dāng)環(huán)路鎖定時，有：

式中，fs為已知的標(biāo)準(zhǔn)頻率，計數(shù)器直接對fL計數(shù)，但為得到fx，還需確定N值?；祛l器壓控振蕩器電子計數(shù)器鑒相器fx-NfLfsfLNfL置換法特點(diǎn)：鎖相環(huán)路增益高，靈敏度高，分辨力較差。fx第76頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.8頻率穩(wěn)定度測量和頻率比對4.8.1頻率穩(wěn)定度的表征

1）頻率穩(wěn)定度

2）長期頻率穩(wěn)定度的表征

3）短期頻率穩(wěn)定度的表征4.8.2阿侖方差的測量第77頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.8.1頻率穩(wěn)定度的表征電子計數(shù)器基于比較測量法原理，其時間、頻率的參考標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)部晶體振蕩器。晶體振蕩器存在老化與漂移，因此，需要進(jìn)行定期校準(zhǔn)（微調(diào)）。校準(zhǔn)方法為將晶體振蕩器輸出作為被測信號，用上一級更準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)為參考，進(jìn)行測量——稱為“頻率計量”。測量的主要內(nèi)容為“頻率穩(wěn)定度”。1）頻率穩(wěn)定度

◆頻率準(zhǔn)確度 頻率源輸出的實(shí)際頻率值fx對其標(biāo)稱值f0的相對頻率偏差。即：第78頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一頻率穩(wěn)定度概念頻率源的頻率值由于受內(nèi)外因素的影響，總是在不斷地變化著，大體上可分為：(1)系統(tǒng)性的或確定性的變化（如老化）；(2)非確定性的或隨機(jī)性的變化（頻率隨機(jī)起伏）。因此，頻率準(zhǔn)確度只能表示當(dāng)前測量（取樣時間）的準(zhǔn)確度，它是時間t的函數(shù)。頻率準(zhǔn)確度隨時間的變化即為頻率穩(wěn)定度。它表征頻率源維持其工作于恒定頻率上的能力?！?長期、短期穩(wěn)定度對頻率穩(wěn)定度的描述引入時間概念，即在一定時間間隔內(nèi)的頻率穩(wěn)定度，則有長期穩(wěn)定度與短期穩(wěn)定度。長期——年、月、日；短期——秒級。第79頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）長期頻率穩(wěn)定度的表征長期穩(wěn)定度是指石英諧振器老化而引起的振蕩頻率在其平均值上的緩慢變化，即頻率的老化漂移。多數(shù)高穩(wěn)定的石英振蕩器，經(jīng)過足夠時間的預(yù)熱后，其頻率的老化漂移往往呈現(xiàn)良好的線性(增加或減少)。如下圖。圖中表示了實(shí)際頻率隨時間的變化，由圖可得頻率穩(wěn)定度K：

K表示了在t1-t2時間內(nèi)的相對頻率漂移（即頻率準(zhǔn)確度的變化）。第80頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）短期頻率穩(wěn)定度的表征

測量晶振的短期穩(wěn)定度主要是為了反映晶體內(nèi)部的噪聲特性，因此這項指標(biāo)的測試應(yīng)在恒定的環(huán)境條件和無外界干擾的情況下進(jìn)行。第81頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.8.2頻率穩(wěn)定度的測量（略）第82頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.9調(diào)制域測量技術(shù)4.9.1調(diào)制域測量

1）調(diào)制域測量

2）調(diào)制域測量的意義4.9.2調(diào)制域測量原理

1）瞬時頻率測量原理

2）無間隔計數(shù)器的實(shí)現(xiàn)3）提高測量速度與分辨力的方法4）調(diào)制域分析的應(yīng)用5）發(fā)展動態(tài)第83頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.9.1調(diào)制域測量1）調(diào)制域測量◆時域與頻域分析的局限性 一個實(shí)際的信號可以從時域和頻域進(jìn)行描述和分析，時域分析可以了解信號波形（幅值）隨時間的直觀變化；頻域分析則可以了解信號中所含頻譜分量，但是，卻不能把握各頻譜分量在何時出現(xiàn)?！粽{(diào)制域概念 在通信等領(lǐng)域中，各種復(fù)雜的調(diào)制信號越來越多地被人們使用，因而，常常需要了解信號頻率隨時間的變化，以便對調(diào)制信號等進(jìn)行有效分析——即調(diào)制域分析。

調(diào)制域即指由頻率軸(F)和時間軸(T)共同構(gòu)成的平面域。第84頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一1）調(diào)制域測量的概念下圖所示描述了同一信號在時域（V-T）、頻域（V-F）、調(diào)制域（F-T）的特性?！粽{(diào)制域分析儀能夠完成調(diào)制域分析的測量儀器稱為調(diào)制域分析儀。調(diào)制域測量技術(shù)是對時域和頻域測量技術(shù)的補(bǔ)充和完善。4.9.1調(diào)制域測量第85頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）調(diào)制域測量的意義 調(diào)制域描繪出了頻率、時間間隔或相位等隨時間的變化曲線。

方便地表達(dá)出頻域和時域中難以描述的信號參數(shù)和信號特性。為人們對復(fù)雜信號的測試和分析提供了方便直觀的方法，解決了一些難以用傳統(tǒng)方法或不可能用傳統(tǒng)方法解決的難題。

第86頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一4.9.2時頻測量原理1）瞬時頻率測量原理◆瞬時頻率的概念 信號頻率隨時間的變化，可將頻率量視為時間t的連續(xù)函數(shù)，用f(t)表示。f(t)也代表了時間t時的瞬時頻率?！羝骄l率 實(shí)際上，由于測量上的困難，瞬時頻率只是一種理論上的概念。因為所有測量都需要一定的采樣時間（閘門時間），測量結(jié)果則為該采樣時間內(nèi)的平均頻率?！粲闷骄l率逼近瞬時頻率 在時間軸上以某個時刻t0為起始點(diǎn)，連續(xù)地對被測信號進(jìn)行采樣，則：第87頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一各采樣計數(shù)值Mi與相應(yīng)時間點(diǎn)ti相對應(yīng)。則可得到采樣時間內(nèi)的平均頻率值。當(dāng)時間趨于無限小時即可得到各時間點(diǎn)的瞬時頻率值。如下圖所示，采樣點(diǎn)A作為時間起始點(diǎn)t0，則：在采樣點(diǎn)B得到事件周期值M1和時間標(biāo)記：(T0為時標(biāo))在采樣點(diǎn)C得到事件周期值M2和時間標(biāo)記：于是，B點(diǎn)的頻率為：同理，C點(diǎn)的頻率為如此連續(xù)不斷地測量下去就得到了時頻曲線。第88頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一2）無間隙計數(shù)器的實(shí)現(xiàn)◆無間隙計數(shù)器通用計數(shù)器的頻率測量，其前后兩次閘門之間必然存在一段間隙時間（顯示、存儲、下一次測量準(zhǔn)備），使有用信息被丟失，導(dǎo)致時間軸上的不連續(xù)性。為此，就要使用無間隙計數(shù)器方案?！魧?shí)現(xiàn)原理

使用兩組計數(shù)器交替工作，每一組都包括時間計數(shù)器（對時標(biāo)T0）和事件計數(shù)器。當(dāng)一組計數(shù)器工作時，另一組計數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示等工作。 如此往復(fù)交替，完成時間軸上無間隙的測量。

第89頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一工作原理波形圖第90頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一◆原理框圖第91頁，共99頁，2023年，2月20日，星期一3）提高測量速度與分辨力的方