频率计测量方法

频率计测量方法

图 3. 频率计数器方案

频率计数器是一种测量输入信号频率并显示结果的设备。有两种测量方法：“直接法"，由于易于实现而长期使用；以及“倒数法"，虽然成本较高，但可以获得较高的有效位数。

1. 直接法

零点交叉测量
直接法频率计数器测量输入信号频率在零点交叉的次数。如果输入信号是正弦曲线，则计算它向下或向上穿过零点的次数。直接频率计数器的优点是可以仅使用硬件轻松实现。因此，这种方法长期以来一直被使用，并将每秒过零点的次数显示为频率的测量值。

直接法频率计数器的特点是在内部创建精确的参考时钟，并通过打开该时间量的时间窗口来测量时钟穿过零点的次数。

测量有效位数
直接频率计数器的有效位数由时间窗的时间宽度和输入频率决定，例如输入频率为1 GHz，时间窗为1 秒。测量值为1x10^9，有效位数为1。即10位。当输入频率为1kHz时，有效位数为4位，分辨率均为1Hz。

这里，增加时间窗宽度会提高分辨率，例如，如果时间窗宽度设置为100秒，则1kHz时有效位数为6位，分辨率为0.01Hz。但一次测量至少需要100秒是不现实的，工作效率显着降低。另外，需要了解的是，测量值总会存在±1的量子误差。

如果只想测量高频信号，使用直接法频率计数器没有任何问题，但为了提高直接法的精度，需要增加时间窗宽度。然而，使用直接法时，增加时间窗宽度也会增加一次测量所需的时间，其缺点是效率极低。在这些情况下，可以选择倒数频率计数器。

2.倒数法

倒数频率计数器使用内部参考时钟对输入波形或分频波形进行计数。特别是在测量低频时，它具有能够获得大量有效数字的优点。倒数频率计数器的有效位数由内部参考时钟和门控时间决定，具有不受输入频率影响的特点。

例如，如果内部参考时钟为 10 MHz，选通时间为 1 秒，则有效位数为 7；如果内部参考时钟为 10 秒，选通时间为 10 秒，则有效位数为 7。将会是8。虽然倒数法可以在低频范围内的测量中获得大量的有效位数，但由于计数器本身的操作复杂，因此具有价格昂贵的缺点。