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當(dāng)被測信號在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測信號的頻率f=N/T。 
在一個(gè)測量周期過程中，被測周期信號在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個(gè)輸入端。主門的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實(shí)現(xiàn)測量設(shè)置。

在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。 
在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。 
在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。 
在無線通訊測試中，頻率計(jì)既可以被用來對無線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調(diào)制信號進(jìn)行分析。

計(jì)數(shù)器是一種即插即用的儀器，從外表來看相當(dāng)簡單。您只需把信號接到輸入端，數(shù)字顯示就會告訴您頻率或其它參數(shù)。但要得到最好的結(jié)果，無論是對于測試速度還是測試質(zhì)量，設(shè)置計(jì)數(shù)器的測量是很重要的。

選擇最好的計(jì)數(shù)器
首先是選擇最符合您測試需要的計(jì)數(shù)器。以下是幾種適用于不同頻率范圍測量任務(wù)的計(jì)數(shù)器:
• 通用計(jì)數(shù)器 可進(jìn)行頻率和時(shí)間間隔, 以及一些相關(guān)參數(shù)測量。
• 射頻頻率計(jì)數(shù)器 進(jìn)行達(dá)3GHz或更高的精確頻率測量。
• 微波頻率計(jì)數(shù)器 進(jìn)行達(dá)40GHz或更高的精確頻率測量。
• 時(shí)間間隔分析儀 最適合進(jìn)行精確的時(shí)間間隔測量。
• 調(diào)制域分析儀  專用于顯示調(diào)制量，如頻率-時(shí)間，相位-時(shí)間和時(shí)間間隔-時(shí)間。

提示1：認(rèn)識分辨率和精度的差別

    認(rèn)為顯示位數(shù)越多的測量結(jié)果越精確的想法也許并不正確。通常犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是把分辨率和精度看等同起來。它們的確相互聯(lián)系，但卻是不同的概念。
    計(jì)數(shù)器的分辨率是指計(jì)數(shù)器能夠在相近頻率中檢測的最小變化量。在所有其它情況均相同時(shí)（如測量時(shí)間和產(chǎn)品成本），位數(shù)是越多越好 ── 但您看到的顯示位數(shù)必須得到精度的支持。當(dāng)其它誤差使計(jì)數(shù)器的分辨能力偏離真實(shí)頻率時(shí)，其位數(shù)并無實(shí)際意義。也就是說計(jì)數(shù)器提供的可能是對不正確頻率的非常精確讀數(shù)。

    精度由隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差確定。隨機(jī)誤差是分辨率不確定度的來源，它包括:
• 量化誤差 計(jì)數(shù)器測量時(shí)，最后一位有效數(shù)字存在±1的不確定性。產(chǎn)生原因是內(nèi)部時(shí)鐘頻率和輸入信號間的非相干性。
• 觸發(fā)誤差 輸入信號的噪聲或來自計(jì)數(shù)器輸入通道的噪聲都可能引起噪聲毛刺觸發(fā)。
• 時(shí)基誤差 時(shí)基振蕩器頻率和其標(biāo)稱頻率的不同都會直接導(dǎo)致測量誤差。
    系統(tǒng)誤差是測量系統(tǒng)讀數(shù)對信號實(shí)際頻率的偏離。包括老化、溫度和線電壓變化對時(shí)基晶體的影響。
    圖 1 中比較了兩臺計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器 A 有好的分辨率但系統(tǒng)誤差較大，計(jì)數(shù)器 B 分辨率差但系統(tǒng)偏移誤差較小，結(jié)果是在大多數(shù)情況下，計(jì)數(shù)器 A 顯示結(jié)果的精度要比計(jì)數(shù)器 B 低。

圖 1. 分辨率—精度簡圖。系統(tǒng)誤差與時(shí)基使顯示頻率偏離實(shí)際頻率。隨機(jī)誤差產(chǎn)生一個(gè)頻率
范圍，計(jì)數(shù)器不能區(qū)分此范圍內(nèi)的不同信號。

提示2：理解計(jì)數(shù)器的測量方法

    頻率計(jì)數(shù)器分成兩類：直接計(jì)數(shù)和倒數(shù)計(jì)數(shù)。理解這兩種不同方法的影響將幫助您選擇最佳的計(jì)數(shù)器并正確地使用計(jì)數(shù)器。
    直接計(jì)數(shù)器簡單記錄已知周期（選通時(shí)間）的信號循環(huán)次數(shù)。所得到的計(jì)數(shù)直接送至計(jì)數(shù)器的讀出顯示。
    這種方法既簡單又便宜，但也意味著直接計(jì)數(shù)器的分辨率固定為Hz。例如，對于1s的選通時(shí)間，計(jì)數(shù)器能檢測到的最低頻率為1Hz（根據(jù)定義，1s內(nèi)信號循環(huán)一次為1Hz）。因此如果您正在測量10Hz信號，對1s選通時(shí)間的預(yù)期最好分辨率為1Hz，或2位顯示。對于1kHz信號和1s選通，您能得到4位。100kHz信號為6位，依此類推。圖 2表明了這一關(guān)系。還應(yīng)注意直接計(jì)數(shù)器的選通時(shí)間只能選為1s的十倍數(shù)或十分?jǐn)?shù)，這也限制了您的測量靈活性。
    與之相反，倒數(shù)計(jì)數(shù)器測量輸入信號的周期，然后將周期取倒數(shù)得到頻率。鑒于其測量體系結(jié)構(gòu)，對于給定的選通時(shí)間，所得到的分辨率為顯示位數(shù)（而非Hz）。也就是說倒數(shù)計(jì)數(shù)器永遠(yuǎn)顯示同樣的分辨率位數(shù)，而與輸入頻率無關(guān)。注意對于特定的選通時(shí)間，您將看到按位數(shù)規(guī)定的倒數(shù)計(jì)數(shù)器分辨率，如“每秒10位”。只需查看頻率分辨率指標(biāo)，您就能確定是直接計(jì)數(shù)器還是倒數(shù)計(jì)數(shù)器。如果分辨率以Hz表示，就是直接計(jì)數(shù)器。如果用位∕秒表示，就是倒數(shù)計(jì)數(shù)器。
    計(jì)數(shù)器行業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化測量是相對于1s選通時(shí)間。圖3比較直接計(jì)數(shù)器和倒數(shù)計(jì)數(shù)器的分辨率。在較低頻率時(shí)，倒數(shù)計(jì)數(shù)器有明顯的優(yōu)勢。例如對于1kHz，直接計(jì)數(shù)器給出1Hz的分辨率（4位）。而10位∕秒的倒數(shù)計(jì)數(shù)器給出1μHz（10位）的分辨率。即使精密分辨率不是您的主要要求，倒數(shù)計(jì)數(shù)器還具有速度優(yōu)勢：倒數(shù)計(jì)數(shù)器在1ms時(shí)得到1mHz分辨率，而直接計(jì)數(shù)器卻要花整整1s，才能得到1Hz分辨率（圖4）。倒數(shù)計(jì)數(shù)器也提供連續(xù)可調(diào)的選通時(shí)間（不只是十進(jìn)制步進(jìn)），因此您能以最少的時(shí)間得到所需要的分辨率。

圖 2. 直接計(jì)數(shù)器顯示的位數(shù) — 頻率 (對于1s選通時(shí)間)

圖 3. 比較直接計(jì)數(shù)器和倒數(shù)計(jì)數(shù)器的分辨率 (對于1s選通時(shí)間)

圖 4. 這里是10位/秒倒數(shù)計(jì)數(shù)器不同分辨率所需要的選通時(shí)間

    選擇也依據(jù)性價(jià)比。如果您對分辨率沒有嚴(yán)格要求，也不太關(guān)心速度，那么直接計(jì)數(shù)器就可能是經(jīng)濟(jì)的選擇。而對于快速和高分辨率測量，則應(yīng)選倒數(shù)計(jì)數(shù)器。

提示3：為滿足性能要求進(jìn)行定期校準(zhǔn)

    校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的頻度由幾項(xiàng)因素決定。
• 時(shí)基類型
• 計(jì)數(shù)器在測量期間經(jīng)受的條件
• 測量需要多高的精度
    校準(zhǔn)并非一個(gè)簡單問題，通常與計(jì)數(shù)器精度直接相關(guān)。您在顯示器上看到的測量質(zhì)量取決于四個(gè)因素:
1. 時(shí)間不變的計(jì)數(shù)器性能因素(如提示 3 中討論的時(shí)基溫度穩(wěn)定性)
2. 時(shí)間變化的計(jì)數(shù)器性能因素(如時(shí)基的老化率）
3. 輸入信號純凈度和噪聲級
4. 計(jì)數(shù)器設(shè)置和配置
    第2項(xiàng)是校準(zhǔn)所扮演的角色。盡管計(jì)數(shù)器是測量電信號的電子儀器，但作為每臺計(jì)數(shù)器時(shí)基心臟的石英晶體卻是一種機(jī)械元件。由于晶體是機(jī)械元件，因此在受到各種物理擾動時(shí)會改變它的振動頻率，并進(jìn)而影響計(jì)數(shù)器精度。這些不同擾動的累積效應(yīng)即晶體的老化，校準(zhǔn)計(jì)數(shù)器即是對老化的補(bǔ)償。
    老化是一項(xiàng)容易預(yù)測和能通過校準(zhǔn)得到補(bǔ)償?shù)囊蛩?。您可通過查看計(jì)數(shù)器的老化率指標(biāo)確定何時(shí)需要校準(zhǔn)。
    例如: 如果老化率為 4×10-8∕天。在校準(zhǔn)后的第300天，老化將在總精度計(jì)算中增加1.2×10-5的時(shí)基誤差。如果該不確定度（對于1 MHz信號為±12 Hz）加上其它固有誤差對您的測量是可接受的，您就不需要校準(zhǔn)。否則就要校準(zhǔn)。

提示4：進(jìn)行最精確的測量

• 選擇最好的待命模式
    如果您要進(jìn)行快速的測量，一種簡單方法是使用頻率計(jì)數(shù)器的自動待命模式。但在四種典型待命模式(自動、外部、時(shí)間和位)中，自動模式的精度最低。您可通過增加外部、時(shí)間，或位待命模式的選通時(shí)間改進(jìn)分辨率和系統(tǒng)不確定度(如提示 2 所述，兩者都是測量誤差的組成部分)。
• 使用最好的時(shí)基和經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn)
    時(shí)基的質(zhì)量和校準(zhǔn)的頻度將影響您的測量質(zhì)量。對于大多數(shù)應(yīng)用，您需要兼顧精度、時(shí)基質(zhì)量和校準(zhǔn)周期。如果購買的是較高質(zhì)量的時(shí)基，就可適當(dāng)延長校準(zhǔn)周期。如果頻繁地校準(zhǔn)，較便宜的時(shí)基就也能達(dá)到您的精度要求。時(shí)基不需要放在計(jì)數(shù)器中，可用外部精密頻率源和時(shí)基改進(jìn)測量精度。
• 保持計(jì)數(shù)器時(shí)基溫度
    如我們在提示 3 中討論的，大多數(shù)精密頻率計(jì)數(shù)器都使用溫度補(bǔ)償頻率振蕩器(TCXO)或恒溫槽控制頻率振蕩器(OCXO)。保持頻率振蕩器的連續(xù)通電將避免輸出頻率的變動。振蕩器斷電，即使是很短時(shí)間的斷電，在回到穩(wěn)定頻率前也會有波動。為保證最穩(wěn)定的晶體工作:
• 把計(jì)數(shù)器放在不會被拔掉電源的位置，使儀器在開機(jī)模式和待機(jī)模式間交替。
• 在校準(zhǔn)時(shí)基時(shí)，要把校準(zhǔn)設(shè)備拿到計(jì)數(shù)器處，而不是相反，因此不必給儀器斷電。
• 保護(hù)頻率計(jì)數(shù)器免受搬移和溫度變化也將改進(jìn)它的穩(wěn)定性。
    當(dāng)您斷開計(jì)數(shù)器電源時(shí)，即使是短暫的，老化率也要按天數(shù)重新開始計(jì)算。
• 監(jiān)視觸發(fā)電平定時(shí)誤差
    在您進(jìn)行定時(shí)測量(時(shí)間間隔，脈沖寬度，上升時(shí)間，下降時(shí)間，相位和占空比)時(shí)，需要考慮觸發(fā)電平定時(shí)誤差的影響。有幾項(xiàng)需考慮的因素: 觸發(fā)電平電路的分辨率和精度，輸入信號在觸發(fā)點(diǎn)的斜率，以及輸入滯后帶的寬度。
    為減小這些影響，應(yīng)在正弦波或方波信號的偏置值處觸發(fā)。這樣能得到最大斜率，也把滯后帶誤差減到最小。如果您進(jìn)行的是偏置至偏置測量(如整個(gè)周期，兩信號間 0°相位)，那么滯后窗效應(yīng)可能被抵消。應(yīng)注意大多數(shù)計(jì)數(shù)器都最適合 0 V 觸發(fā)電平設(shè)置。
• 如有可能，把所有時(shí)基鎖定到單一時(shí)鐘
    兩個(gè)獨(dú)立時(shí)基間產(chǎn)生的偏離和/或抖動將增加誤差。使用獨(dú)立時(shí)基就像是觀看視頻和聲頻通道在不同的系統(tǒng)上的電影。在電影開始時(shí)，聲頻和視頻可能同步，但隨著時(shí)間推移，兩者差距越來越大。在使用現(xiàn)代測試和測量設(shè)備的應(yīng)用中，這種偏離不能忽略的。

提示5：進(jìn)行最快的測量

    您可以配置現(xiàn)代頻率計(jì)數(shù)器，以得到每秒數(shù)百次的讀數(shù)，這對于表征隨時(shí)間變化的信號是非常有用的。應(yīng)記住頻率計(jì)數(shù)器最適合測量穩(wěn)定，或慢變化的信號。還應(yīng)記住為獲得精確讀數(shù)，得到一個(gè)好的讀數(shù)比平均大量讀數(shù)更好。

• 把計(jì)數(shù)器設(shè)置到已知狀態(tài)
在發(fā)送復(fù)位命令后，儀器返回到就緒狀態(tài)前最好不要發(fā)送其它命令。對于大多數(shù)儀器返回就緒狀態(tài)，程序中增加一秒的等待或延遲就足夠了。儀器有可能丟失復(fù)位時(shí)接收的命令。
• 設(shè)置與儀器使用數(shù)據(jù)類型一致的輸出格式
這將避免后處理期間因轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式造成的延遲。
• 禁用所有后處理和打印操作
當(dāng)您禁用這些功能時(shí)，處理器就能把它的資源用于讀數(shù)和把讀數(shù)送至計(jì)算機(jī)，而不是用來響應(yīng)額外的中斷，例如更新顯示。
• 配置預(yù)期頻率
Agilent 53100 系列計(jì)數(shù)器能按您的測量頻率優(yōu)化配置。實(shí)際被測信號必須在您命令中提供值的10[[[[%]]]] 內(nèi)。
• 設(shè)置觸發(fā)電平
當(dāng)輸入信號通過命令中的電平設(shè)置值時(shí)，就建立了觸發(fā)條件。把觸發(fā)電平設(shè)置在信號的最大斜率處，從而把滿足觸發(fā)條件的時(shí)間量減到最小。正弦波或方波在過零時(shí)(假定為 0V 偏置)有最大的斜率。
• 把觸發(fā)設(shè)置為立刻讀數(shù)
當(dāng)儀器使用雙電平觸發(fā)時(shí)，在得到讀數(shù)前必須同時(shí)符合這兩個(gè)觸發(fā)條件。設(shè)置觸發(fā)待命條件，以立刻滿足第一級觸發(fā)電平。