频率计数器精度、分辨率和误差介绍

频率计数器和间隔计时器的精度和分辨率是使用这些测试仪器或选择使用仪器时的重要参数。

分辨率和准确性是两个根本不同的数字，尽管它们在某些方面是联系在一起的。

频率计数器或间隔计时器的精度也有几个要素。整体精度由各种不同的因素决定。

要解释频率计数器的读数，必须了解精度和分辨率之间的区别，并了解它们的含义。

频率计数器分辨率

频率计数器的分辨率是它能够区分两个彼此接近的信号。它是信号频率读数中位数的量度。

大多数频率计数器是所谓的直读计数器，分辨率由门时间决定。这是计数器计算脉冲数或转换交叉数的时间。

由于一秒内的交叉次数等于频率，因此一秒的门时间将使频率能够读取到1 Hz的分辨率。可以看出，对于其他门时间，0.1 秒的门时间将实现 10 Hz 的分辨率，而 10 秒的门时间将实现 0.1 Hz 的分辨率。

由此可以看出，对于直接读取频率计数器，分辨率是门时间的函数。

频率计数器测量误差

频率计数器或间隔定时器的测量精度更难确定，因为它是许多因素的函数。在进行不同类型的测量时，可能会出现几类测量误差，其中一些会影响计数器定时器。这些不准确之处可以总结如下：

时基误差：虽然时基是准确的，但其实际精度取决于所使用的时钟振荡器的类型，其精度将直接影响整体频率计数器精度。振荡器精度是各种振荡器误差的总和：

电源/线路电压变化：电源输入电压的变化将导致晶体振荡器的电压变化。变化的水平将取决于任何电压调节器的有效性，但总会有一些小的电压变化。这可能导致晶体振荡器电压出现小误差，这些误差将反映在频率计数器定时器误差中。

温度稳定性：用于时钟或时基的晶体振荡器的温度稳定性是误差或不准确的主要来源之一。在一定温度范围内，短期稳定性通常以百万分之几为单位。通常，当想要进行准确的测量时，明智的做法是让测试仪器在进行测量前的几个小时内预热并让温度稳定下来。烘箱控制的晶体振荡器可能会更快地达到其指定的精度，但经验通常表明，在进行任何准确测量之前，允许频率计数器或任何其他测试仪器在几个小时内预热和稳定。

短期稳定性：短期变化包括短期频率变化等因素，包括相位噪声/相位抖动。如果相位噪声很高，则可能意味着栅极周期可能会变化或抖动，其量可能导致门控的脉冲少于或超过实际栅极时间允许通过的脉冲。

长期稳定性：这种形式的晶体振荡器频率误差会随时间推移而发生。虽然许多高级晶体振荡器都经过预老化处理，但这些误差仍然在一定程度上发生。通常，它们在一个月内以百万分之一表示。之所以需要这么长的时间，是因为衰老的影响被短期影响所掩盖，时间要短得多。通过定期重新校准测试仪器，可以减少因频率计数器定时器时钟老化而产生的误差。

±计数错误：频率计数器误差的一种形式发生在栅极打开和关闭相对于输入波形的精确时间上。有时，时基可能会打开，以便比其他时间多一个计数。由于时基时钟和输入波形之间存在非相干关系，因此会出现歧义。

频率计数器计数误差在每种情况下，时基门打开的时间相同，但在第一种情况下，将计算三个正向边，而在第二种情况下，将计算两个。其原因是两个信号之间的相对时序或相位。由于此错误，两个读数之间可能存在一个计数的差异。

触发错误：频率计数器上的触发误差是指由于输入信号上的噪声导致输入门打开或关闭或过晚而在时间间隔计数器上发生的误差。它们会导致输入触发器滞后窗口的一个限值在错误的时间触发，从而引入定时测量误差。通过提高输入电路的灵敏度，使噪声产生更大的影响，可能会使这种误差变得更糟。

系统误差：测试仪器上的这种形式的测量误差是由于启动和停止通道之间的不匹配而发生的。这可能是由于信道上升或下降时间的差异或传播延迟差异造成的。

使用频率计数器或间隔计时器时，有必要了解其局限性。一个关键是准确性，另一个是它的分辨率。通过这种方式，可以以有意义的方式解释读数，并将公差应用于所获取的任何读数。

审核编辑：黄飞