精度測頻資料分享

原理

1 常用的測頻方法[1]

① 利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率，如諧振測頻法[低頻測量，應(yīng)用較廣]、電橋測頻法[高頻、微波段測量]

② 利用標(biāo)準(zhǔn)頻率與測頻進(jìn)行比較來測量，精度取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度，如拍頻法[低頻]、示波器法[低頻]、差頻法[高頻]

③ 電子計(jì)數(shù)測頻法[適用于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)]：直接測頻法[測周期法和測頻率法]和等精度測頻法

2 頻率測量的常用方法

3 等精度測頻法原理

等精度測頻方法是在直接測頻方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如圖1所示，它的閘門時(shí)間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步，其實(shí)現(xiàn)方式可用圖2來說明。圖中，預(yù)置門控信號是為Tpr 的一個(gè)脈沖，CNT1和CNT2是兩個(gè)可控計(jì)數(shù)器。標(biāo)準(zhǔn)頻率信號從CNT1的時(shí)鐘輸入端CLK輸入，其頻率為fs 。經(jīng)整形后的被測信號（頻率為fx）從CNT2的時(shí)鐘輸入端CLK輸入，當(dāng)預(yù)置門信號為高電平（預(yù)置時(shí)間開始）時(shí)，被測信號的上升沿通過D觸發(fā)器的Q端同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器CNT1和CNT2計(jì)數(shù)。CNT1和CNT2分別對被測信號（頻率為fx）和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號（頻率為fs）同時(shí)記數(shù)。同樣，當(dāng)預(yù)置門信號為低電平（預(yù)置時(shí)間結(jié)束）時(shí)，隨后而至的被測信號的上升沿通過D觸發(fā)器的輸出端，同時(shí)關(guān)閉計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。設(shè)在一次預(yù)置門時(shí)間Tpr中計(jì)數(shù)器對被測信號的計(jì)數(shù)值為Nx，對標(biāo)準(zhǔn)信號的計(jì)數(shù)值為Ns。則下式成立：

由此可推得：

等精度測頻法具有三個(gè)特點(diǎn)：

（1）相對測量誤差與被測頻率的高低無關(guān)；

（2）增大Tpr或fs可以增大Ns，減少測量誤差，提高測量精度；

（3）測量精度與預(yù)置門和標(biāo)準(zhǔn)頻率有關(guān)，與被測信號的頻率無關(guān)，在預(yù)置門和常規(guī)測頻閘門時(shí)間相同而被測信號頻率不同的情況下，等精度測量法的測量精度不變。

一種實(shí)現(xiàn)過程[7]

① 預(yù)設(shè)閘門模塊：由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘產(chǎn)生預(yù)設(shè)閘門信號。如標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘100us[10kHz]，計(jì)數(shù)1000次，產(chǎn)生預(yù)設(shè)閘門信號為100ms

② 實(shí)際閘門模塊：用被測信號來同步預(yù)設(shè)閘門模塊產(chǎn)生的閘門信號來產(chǎn)生新的實(shí)際閘門信號，本質(zhì)是一個(gè)D觸發(fā)器

③ 計(jì)數(shù)模塊：在實(shí)際閘門信號有效時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和被測信號同時(shí)計(jì)數(shù)，在閘門信號結(jié)束時(shí)輸出計(jì)數(shù)結(jié)果

④ 頻率計(jì)算模塊：由公式進(jìn)行乘法和除法運(yùn)算

直接計(jì)數(shù)測頻法

測頻法原理：在確定的閘門時(shí)間Tw內(nèi)，記錄被測信號的變化周期數(shù)或脈沖個(gè)數(shù)Nx，有fx=Nx/Tw [1]

測周期法原理：需要有標(biāo)準(zhǔn)信號頻率fs，在待測信號的一個(gè)周期時(shí)間Tx內(nèi)，記錄標(biāo)準(zhǔn)頻率的周期數(shù)Ns，有fx=fs/Ns [1]

最高測量頻率為標(biāo)準(zhǔn)信號頻率[個(gè)人總結(jié)]。

測量誤差：兩種方法都會(huì)產(chǎn)生±1個(gè)字的誤差。最大誤差為1/N，N為周期個(gè)數(shù)。[1]

直接計(jì)數(shù)測頻法缺點(diǎn)：整個(gè)測頻范圍內(nèi)的測頻精度是不同的。如閘門時(shí)間是1s時(shí)，測量100MHz的信號可達(dá)到10-8的測量精度，但測量10Hz的信號只能達(dá)到10-1的測量精度。[3]

參考信號：測頻法需要得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的脈寬，測周期法需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)的脈寬必須從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘分頻得到，而一般，標(biāo)準(zhǔn)始終是從外部晶振分頻得到。[1]

測量時(shí)間：當(dāng)計(jì)數(shù)周期為106個(gè)時(shí)，計(jì)數(shù)時(shí)間為1s[個(gè)人總結(jié)]

 1 /*********************************************************************************
 2 * Company                    :
 3 * Engineer                    : 空氣微涼
 4 *
 5 * Create Date                : 0000 22/03/2013
 6 * Design Name                :
 7 * Module Name                :
 8 * Project Name                :
 9 * Target Devices            :
10 * Tool versions            :
11 * Description                :
12 *                       http://www.cnblogs.com/kongqiweiliang/             
13 * Dependencies                :
14 *
15 * Revision                    :
16 * Revision                    : 0.01 - File Created
17 * Additional Comments    :
18 ********************************************************************************/
19 `timescale 1ns/1ps
20 `define    UD  #1
21 /*******************************************************************************/
22 module Equalfre
23 (
24     input                                    iGate            ,//
25     input                                    iFx            ,//
26     input                                    iFo            ,//    
27     output  reg                [31:0]    oFxCount        ,//
28     output  reg                [31:0]    oFoCount         //
29 );
30 //-------------------------------------------------------------------------------
31 reg                  Start_Count ;
32 reg    [31:0]    FxCount        ;
33 reg    [31:0]    FoCount        ;
34 
35 always@(posedge iFx)begin
36     if(iGate)
37         Start_Count <= 1'h1;
38     else
39         Start_Count <= 1'h0;
40 end
41 
42 always@(posedge iFo)begin
43     if(Start_Count)
44         FoCount <= FoCount + 1'h1;
45     else
46         FoCount <= 0;
47 end
48 
49 always@(posedge iFx)begin
50     if(Start_Count)
51         FxCount <= FxCount + 1'h1;
52     else
53         FxCount <= 0;
54 end
55 
56 always@(negedge Start_Count)begin
57     oFxCount <= FxCount;
58     oFoCount <= FoCount;
59 end
60 //-------------------------------------------------------------------------------
61 endmodule