通用电子计数器的测量误差分析与优化

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：由于闸门时间和时标均由晶体振荡器多次倍频或分频获得，因此，通用计数器有关功能的标准频率误差就是指通用计数器内的晶体振荡器的准确度。而测频率比、累加计数等功能中不存在该项误差。一般说来，通用计数器显示器的位数愈多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。例如，7位数字的通用计数器一般采用准确度优于10－7数量级的晶体振荡器。2）周期测量误差周期测量误差主要由量化误差决定。

1.误差来源

1）量化误差（最大计数误差）

量化误差也称最大计数误差或±1误差，它是由通用计数器各测量功能在主门的开启时刻与计数脉冲的时间关系的随机性和不相关性造成的。如图5-46所示，同一信号在相同的主门开启时间内两次测量所记录的脉冲数N可能是不一样的，其结果可能为N，也可能为N+1或者是N－1。由此可见，最大计数误差ΔN＝±1，该项误差使仪器最后的显示结果会有一个字的闪动。

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图5-46　±1误差示意图

在测频率、测周期、测频率比等功能中，主门开启信号与通过主门被计数信号的时间关系不相关，都存在该项误差。但在自校功能中，时标信号和闸门时间信号来自同一信号源，应不存在±1误差。最大计数误差的特点是：不管计数N是多大，ΔN的最大值都为±1。因此，为了减少最大计数误差对测量精度的影响，在仪器使用中所采取的技术措施是：尽量使计数值N大，使ΔN/N误差相应减少。例如在测频时，应尽量选用大的闸门时间；在测周时，应尽量选用小的时标信号，必要时使用周期倍乘率开关，进行多周期平均测量。

2）触发误差

当进行周期等功能的测量时，门控双稳的门控信号由通过B通道的被测信号所控制。当无噪声干扰时，主门开启时间刚好等于一个被测信号的周期Tx。如果被测信号受到干扰，当信号通过B通道时，将会使整形电路（施密特触发器）出现超前或滞后触发，致使整形后波形的周期与实际被测信号的周期偏离ΔTx，引起所谓的触发误差（或转换误差）。

3）标准频率误差

标准频率误差在测频时取决于闸门时间的准确度，在测周时取决于时标的准确度。由于闸门时间和时标均由晶体振荡器多次倍频或分频获得，因此，通用计数器有关功能的标准频率误差就是指通用计数器内（或外部接入）的晶体振荡器的准确度。凡是使用时标和闸门时间标准信号的功能都存在此项误差，如测频、测周、测时间间隔等。而测频率比、累加计数等功能中不存在该项误差。

为了使标准频率误差对测量结果产生的影响足够小，应认真选择晶振的准确度。一般说来，通用计数器显示器的位数愈多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。例如，7位数字的通用计数器一般采用准确度优于10－7数量级的晶体振荡器。这样，在任何测量条件下，由标准频率误差引起的测量误差，都不大于±1误差所引起的测量误差。

2.误差分析

1）频率测量误差

频率测量误差主要由量化误差决定。

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