电子测量技术（主编田华、刘斌、袁振东 第二版 西安电子科大版）课件：第6章 频率与时间测量03.pptVIP

6.2.4　通用电子计数器的测量误差　　1. 测量误差的来源　　1) 量化误差　　量化误差是在将模拟量转换为数字量的量化过程中产生的误差，是数字化仪器所特有的误差，是不可能消除的误差。对于电子计数器而言，它是由于电子计数器闸门的开启与输入被测脉冲在时间上的不确定性，即相位随机性而产生的误差。如图6.12所示，虽然闸门开启时间都为T，但因为闸门开启时刻不一样，计数值一个为9，另一个却为8，两个计数值相差1。 图6.12　量化误差的形成 　　量化误差的特点是无论计数值N为多少，每次的计数值总是相差±1，因此量化误差又称为±1误差或±1字误差。又因为量化误差是在十进制计数器的计数过程中产生的，故又称为计数误差。　　量化误差的相对误差为　　由上式可以看出，被测脉冲的读数N不同，量化误差的相对误差也不同，增大N能够减小量化误差的相对误差。因而当被测信号频率一定时，选用长的闸门时间可以获得较小的量化相对误差；当闸门时间一定时，被测信号频率越高，测量结果的量化相对误差也就越小。  　　2) 触发误差　　触发误差又称为转换误差。测量频率时，需对被测信号进行放大、整形，转换为计数脉冲；测量时间或周期时，也需对被测信号放大、整形，转换为门控信号。由于输入信号中干扰和噪声的影响，以及利用施密特电路进行转换时电路本身触发电平的抖动，使得整形后的脉冲周期不等于被测信号的周期，由此而产生的误差称为触发误差，误差的大小与被测信号的大小和转换电路的信噪比有关。　　施密特电路具有上、下两个触发电平，即具有回差特性。被测信号进入输入通道放大后，加至施密特触发器。如果不存在干扰信号和噪声，则它在信号的同一相位点上触发，施 密特电路输出规则的矩形波，如图6.13(a)所示。如果被测信号叠加了干扰，且干扰较大，它可能在被测信号的一个周期内使信号电平多次在上、下触发电平E1、E2之间摆动，从而产生宽度不等的多个脉冲输出，如图6.13(b)所示。很显然，这种情况会产生很大的测量误差。这时的测量值应视为坏值，应予剔除。如果叠加了干扰，但是干扰并不大，则会出现图6.13(c)所示的情况。在信号的一个周期内，仍然只输出一个脉冲。这时，如果仪器是用于测量频率的，因为被测信号的每个周期仅产生一个计数脉冲，则对测量是没有影响的。可见，当用计数器测量频率时，为保证测量准确，应尽量提高信噪比，以减弱干扰的影响。调整仪器时应尽量不使信号 衰减过大。但如果图6.13(c)所示的情况是用于测量周期的，则仍然有影响。因为触发点的信号相位发生了摆动，转换为门控脉冲信号后，其宽度会发生变化，仍然存在触发误差。 图6.13　噪声和干扰产生的触发误差 　　3) 标准频率误差　　电子计数器在测量频率和时间时是以晶振产生的各种时标信号作为基准的。显然，如果时标信号不稳定，则会产生测量误差，这种误差称为标准频率误差。测频率时，晶振信号用来产生门控信号(即时基信号)，标准频率误差称为时基误差；测周期时，晶振信号用来产生时标信号，标准频率误差称为时标误差。由于电子计数器中对晶振都采取了较好的稳频措施，稳定度很高，与量化误差和触发误差相比，标准频率误差要小得多，故可不考虑其影响。 　　2. 测量误差分析与提高测量精度的方法　　1) 测频误差　　通过前面的介绍，测频量化误差可用下式表示：　　由此可见，要减小量化误差对测频的影响，应设法增大计数值N。因而可在A通道中对输入信号用较大的倍频系数进行倍频，提高进入主门的脉冲的频率，并延长闸门时间。而对于低频信号则可采用间接测量法，先测出周期后，再换算成频率。 　　2) 测周误差　　测周误差包括测周量化误差和测周触发误差。　　(1) 测周量化误差。参照图6.3，以及对测频量化误差的分析，测周量化误差为 　　由此可见，要减小测周量化误差，应设法增大计数值N。因而可在A通道中选用倍频次数m较大的倍频器对晶体基准频率进行倍频，亦即选用短时标信号；在B通道中用分频器对输入被测脉冲进行分频，亦即延长闸门时间。该方法称为多周期测量法，可以直接测量低频信号的周期，否则应采用间接测量法，先测出频率后再进行换算。除此之外，人们还常采用游标法、内插法等方法来减小测量误差。　　(2) 测周触发误差。　　因为一般门电路采用过零触发，可以证明触发误差可按下式近似表示： 　　3) 中界频率的确定　　通过上述分析已经知道，直接测频与测周法测频的相对误差是不一样的。被测信号频率越高，用电子计数器直接测量频率的误差就越小；反之，被测信号频率越低(周期Tx越大)，用电子计数器测量周期的误差就越小。由于频率与周期互为倒数，实际上只要测出其中一个量，另一个量用倒数运算很容易得到，因此，为了提高测量精确度，人们自然会想到测高频信