- 相關(guān)推薦
一種全同步數(shù)字頻率測量方法的研究
摘要：在頻率測量過程中，±1個計數(shù)誤差通常是限制頻率測量精度進一步提高的重要原因。在分析±個計數(shù)誤差產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，提出了一種利用被測信號、時鐘基準和測量門限相位的全同步來消除計數(shù)誤差的頻率測量方法，給出了基于FPGA實現(xiàn)上述測量方法的實驗原型和實驗對比結(jié)果。 關(guān)鍵詞：相位同步 頻率測量 FPGA頻率測量是電子測量技術(shù)中最基本的測量之一。工程中很多測量，如用振弦式方法測量力、時間測量、速度測量、速度控制等，都涉及到頻率測量，或可歸結(jié)為頻率測量。頻率測量方法的精度和效能常常決定了這些測量儀表或控制系統(tǒng)的性能。頻率作為一種最基本的物理量，其測量問題等同于時間測量問題，因此頻率測量的意義更加顯然。常用數(shù)字頻率測量方法有M法、T法和M/T法。M法是在給定的閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù)，進行換算得出被測信號的頻率。這種測量方法的測量精度取決于閘門時間和被測信號頻率。當被測信號頻率較低時將產(chǎn)生較大誤差，除非閘門時間取得很大。所以這種方法比較適合測量高頻信號的頻率。T法是通過測量被測信號的周期然后換算出被測信號的頻率。這種測量方法的測量精度取決于被測信號的周期和計時精度，當被測信號頻率較高時，對計時精度的要求就很高。這種方法比較適合測量頻率較低的信號。M/T法具有以上兩種方法的優(yōu)點，它通過測量被測信號數(shù)個周期的時間然后換算得出被測信號的頻率，可兼顧低頻與高頻信號，提高了測量精度。圖1
但是，M法、T法和M/T法存在±1個字的計數(shù)誤差問題：M法存在被測閘門內(nèi)±1個被測信號的脈沖個數(shù)誤差，T法或M/T法也存在±1個字的計時誤差。這個問題成為限制測量精度提高的一個重要原因。本文在以上方法基礎(chǔ)上，提出了一種新的頻率測量方法，該方法利用全同步方法消除限制測量精度提高的±1數(shù)字誤差問題，從而使頻率測量的精度和性能大為改善。1 全同步數(shù)字頻率測量方法的原理M/T法是目前使用比較廣泛的一種頻率測量方法。其核心思想是通過閘門信號與被信號同步，將閘門時間T控制為被測信號周期的整數(shù)倍。測量時，先打開參考閘門，當檢測到被測信號脈沖沿到達時開始計時，對標準時鐘計數(shù)；參考閘門關(guān)閉時，計時器并不立即停止計時，而是待檢測到被測信號脈沖沿到達時才停止計時，完成測量被測信號整數(shù)個周期的過程。測量的實際閘門時間與參考閘門時間可能不完全相箱，但最大差值不超過被測信號的一個周期。M/T法測量原理如圖1所示。
圖2
設(shè)實際閘門時間為Ts，被測信號周期數(shù)為Nx，標準時鐘計時值為Ns，頻率為fs，則被測信號的頻率測量值為：由于實際閘門時間為Ts為被測信號周期的整數(shù)倍，因此Nx是精確的；而對標準時鐘的計量值則存在誤差△Ns(|△Ns|≤1)，即標準時鐘計時的真值應為Ns±△Ns。由此可知被測信號的頻率真值為：若不計標準時鐘的誤差，則測量的相對誤差是：可以看出，M/T法實際上就是將測量閘門信號與被測信號同步，使得實際測量時間是被測信號周期的整數(shù)倍，所以M/T法又稱為多周期同步測量法。M/T法中，相對誤差與被測頻率無關(guān)，即對整個測量頻率域等精度測量；對標準時鐘的計數(shù)值Ns越大則測量相對誤差越��；提高門限時間Ts和標準時鐘頻率可以提高測量精度；在精度不變的情況下，提高標準時鐘頻率可以縮短門限時間，提高測量速度。由此可見，對閘門時間Ts的計時誤差△Ns是限制M/T法頻率測量精度進一步提高的主要原因，消除△Ns誤差是提高測量精度的有效手段。全同步頻率測量法則是在參考閘門的控制下，尋找與標準時鐘同步的被測信號，并以此信號作為實際閘門的控制信號，實現(xiàn)實際測量閘門信號、標準時鐘、被測信號全同步，從而消除Nx和Ns測量誤差。全同步頻率測量法原理如圖2所示。在給出參考閘門信號后，通過一
[1] [2] [3]
【一種全同步數(shù)字頻率測量方法的研究】相關(guān)文章：
頻率轉(zhuǎn)換效率的研究04-29
數(shù)字頻率計論文04-29
獲取艦船液艙數(shù)字表面模型的數(shù)字立體攝影測量方法04-26
空間目標光度特性測量方法研究04-27
循環(huán)網(wǎng)絡(luò)的同步性研究04-28
氧化鎵的同步輻射研究04-28
月球與深空探測頻率規(guī)劃研究04-28