电信号基本参量的常用测量方法.pptVIP

* 第 6 章 电信号基本参量的常用测量方法 13.1 周期性信号的频率、相位的测量 1．频率（周期）的数字化测量 1．1 计数法测频的基本原理 计数法测量频率，就是在一定的时间间隔 内，对被测信号 (频率为f ，周期为 )进行计数，如图所示。计数器的闸门的 开启与关闭受控制，即开启时间为 ，所以计数器的计数值N为 所以，被测信号的频率为 计数控制闸门可由门电路或模拟开关构成，由于其开启时间为 ，所以 又称为“闸门时间”。 闸门时间通常以秒为单位，一般有10s、1s、0.1s、0.01s等几种，为了获得较多的测量位数及测量精度，所以较长的闸门时间一般用来测量较低的频率；由于计数器的位数总是有限的，因而对于较高频率，则应选用较小的闸门时间，以免使测量数据溢出。 当被测信号的频率很高时，还常常先将被测信号作分频处理后再进行计数测量。若分频比为m（m =1、10、100、…），则被测信号的频率为 若被测信号的频率太高，可以利用变频（混频）电路对被测信号进行降频处理后再进行计数测量，以降低对器件速度的要求。由于数字电路工作速度的提高，目前这种方法已基本不再采用了。 前文已述，采用计数法测量较低的频率时，应选择较长的闸门时间，当被测信号的频率太低时，闸门时间（测量时间）将会长到测量者无法忍受的程度。例如，测量1Hz左右的信号频率，位数需达到6位，则闸门时间至少应为105s（约1个月），这显然是不可行的。因而，对于较低频率信号宜采取先测量其周期T，然后再根据 的关系求得其频率，而较低频率信号的周期较长，容易获得较高的测量精度。 采用计数法测量周期，就是在与被测信号的周期T相关的一定的时间 间隔(通常为周期性被测信号的一个周期)内，对作为时标的脉冲 (f 0为时标脉冲的频率)， 进行计数。计数器的闸门的开启与关闭受 控制，即开启时间间隔为 ，所以计数器的计数值N为 ，当使 ， ，所以，被测信号的周期为 1．2 频率（周期）计数法测量的误差 1．2．1 计数法的量化误差 由于已知量和被测量T和T0是两个互不相关的量，且T通常不是T0的整数（N）倍（或T0通常不是T的整数倍，测频时。），即T与NT0（或NT与T0）之间存在一定的误差，下面我们以频率测量为例，来分析其测量误差的大小。 对于相同频率的被测信号和闸门时间，若于闸门开启时刻与被测信号脉冲的相对位置不同，计数到的脉冲的个数也不相同。(a)图的情况下，计数脉冲N 的个数大于实际值，而(b)图的情况下，计数脉冲N 的个数将小于实际值。综上所述，计数法的最大量化误差 。 即计数法的最大方法量化误差为末尾正负一个字。 应该指出， 仅仅是方法误差，而实际的测量误差还应包含闸门时间T0的误差和闸门开、关时延不同等方面应起的误差。 1．2．1 噪声干扰引起的触发误差 被测信号脉冲的形成通常采用施密特触发器。在不存在噪声干扰的情况下，施密特触发器可以将正弦波等较为规则的信号整型成周期与输出信号相同的矩形脉冲来作为计数脉冲或闸门控制信号。但是，如果被测信号中含有较强的噪声干扰（噪声干扰的幅度大于施密特触发器的触发窗口），且干扰脉冲落在施密特触发器的触发窗口内，将会使施密特触发器产生误触发，从而使计数器产生错误计数。消除的 办法是：尽可能加宽施密特触发器的触发窗口；正确选择触发窗口相对被测信号的电平位置，如图五( b)所示。 2．相位的测量 相位的测量实际是指两个同频周期性信号的相位差的测量，常采用相位－电压转换测量法 。 图中E1和E2为频率相同相位差为 的两个被测正弦信号，经限幅放大和脉冲整形后变成方波信号，经微分后通过鉴相器输出宽度 与两个信号相位差 有关的方脉冲，方脉冲的电平高度为 ，重复周期T与输入的正弦波形同，其平均值（直流分量） 为 经低通滤波后被A/D转换成数字量输出。 相位差 与方脉冲宽度 及正弦波的重复周期T间的关系为 所以 即 13.2 脉冲时间间隔的测量 1．测量原理 脉冲时间间隔的测量原理框图如图所示。它可以分别由测量A通道(起始脉冲)和B通道(终止脉)输入的两个脉冲的时间间隔T。如果起