頻率是我們日常生活和工作中Z常用的基本參量，頻率的測量是Z基本的測量之一?，F(xiàn)代電子科技的進步，極大地提高了頻率計算測試的穩(wěn)定度和準確度，把時間頻率的測量精度提高到了一個新的高度。本文論述了在傳統(tǒng)的等精度頻率測量基礎上，以量化時延法和游標內插法進一步提高等精度測頻精度的特點與可行性，并且給出了以游標內插法提高測頻精度的要點及關鍵部分電路的實現(xiàn)，有效的對測量精度進行了補償校正，從而有利于在寬頻范圍內利用FPGA芯片實現(xiàn)一種高精度的頻率計。

一、頻率計測頻基本原理

信號頻率測量的一般方法，是將被測信號在設定一個高精度較長時間間隔的閘門后進行記數(shù)，這種方法稱之為計數(shù)法測頻。測頻精度主要決定于閘門的長度T及精度。

如果只使用一種測量方法使頻率變化范圍較大的信號都能達到同樣的精度，就只能采用等精度頻率測量技術，其高精度恒誤差測頻原理是一種測量精度與被測頻率無關的測頻電路，這是一種較為成熟的測量方法。但是這種方法仍然未解決±1個字的誤差，主要是因為實際閘門邊沿與基準頻率脈沖邊沿一般并不同步。

二、防止測量受干擾的幾點措施

防止測量時受干擾信號的影響，這是在使用頻率計時應注意的一個問題。在實際劑量中，必須注意從各方面減少干擾的影響，這在干擾嚴重、被測信號幅值較小的情況下更有意義。其措施如下：

1.測試蠅的屏蔽

我們知道，干擾信號是來源于外界存在的雜散電磁場，測試繩是申入干擾信號的主要途徑，所以必須將測試繩進行屏蔽供頻率計使用的測試繩是采用單芯屏蔽線，其屏蔽層與頻率計的機殼相連。在實際測量時有時需再加接一根測試繩，所加的測試繩也應采用屏蔽線，且其屏蔽層應與原測試繩的屏蔽層相連，這樣可減少干擾信號的影響。

2.注意正確接地

頻率計對平衡形式輸出端的測量一般不會發(fā)生問題。下面談談對不平衡信號輸出端的測量應注意的問題。

(1)在被測設備的“地”與大地連接，頻率計的外殼也與大地連接時，即兩者的“地”相連。

(2)在上述情況下，若將測試連接的芯線與“地”線接反，則會將被測信號短路，不但測不到信號頻率，還會對被測設備造成人為障礙。

(3)若被測設備外殼(即“地”)不與大地相連，當測試連接的芯線與“地”接反時，則因被測設備外殼有很大的幾何尺寸，會引入很大的外界電磁干擾，并通過頻率計測試繩的芯線進入頻率計，造成很大的誤差。

頻率計外殼接大地，是為了防止外界雜散電磁波對頻率計計數(shù)電路產(chǎn)生干擾在外界影響不大的情況下，頻率計的外殼也可不接地，不過對不平衡測試端的連接方法必須是頻率計測試繩的屏蔽層與被測端的。“地”相連。

3.測試端應盡量少跨接其它儀表設備

在測量較小幅值的信號時.頻率計對外界干擾比較敏感，所以除了要做好測試繩的屏蔽與正確接地外，在測試端Z好不要跨接其它儀表設備。其原因是，除了儀表設備本身帶有一定的雜散信號之外，還因為跨接設備多，相互連接的測試繩勢必復雜，往往容易引起屏蔽上的疏忽和接地的錯誤，以致引入干擾信號。

4.被測設備產(chǎn)生干擾信號

在某些情況下，與信號輸出端相連的被測設備內部的布線及電路也可能產(chǎn)生干擾信號，通過測試端串入頻率計給被測信號的測試帶來干擾，造成誤差。必要時，應先將它們與信號測試端斷開，然后再測試。

5.頻率計輸入電容的影響

頻率計的輸入電容，在A通道“<5V”檔為60pF，“<20V”檔為8pF。在被測信號頻率較高的場合，如果測量點選擇得不合理，頻率汁的輸入電容就可能對被測信號電路產(chǎn)生影響(改變被測信號頻率)。一般來說，測試點應遠離信號發(fā)生器中決定振蕩頻率的相關元件，如LC振蕩器中的LC諧振回路元件，張弛振蕩器中的RC充放電回路元件等。若在頻率計之前接有衰耗器、放大器等作為隔離，則可更好地避免輸入電容的影響。

三、提高頻率測量精度的方法

下面我們論述用兩種方法來測出實際閘門觸發(fā)時刻和下一個基準頻率上升沿的時間間隔，一種是基于FPGA內部的延遲單元來實現(xiàn)，一種是利用游標卡尺的原理來實現(xiàn)，下面分別介紹這兩種方法。

1.量化時延法

從結構盡量簡單同時兼顧精度的角度出發(fā)，將多周期同步法與基于量化時延的短時間間隔測量方法結合，實現(xiàn)寬頻范圍內的等精度高分辨率測量。其基本原理是“串行延遲、并行計數(shù)”，它不同于傳統(tǒng)計數(shù)器的串行計數(shù)方法。將被測時間間隔的開始信號作為延遲鏈的輸入信號，而以其結束信號作為取樣信號。用串聯(lián)在一起的延遲單元構成的延遲鏈作為被測時間間隔的傳輸通道。這些延遲單元具有相同的、穩(wěn)定的時間延遲特性。則開始信號在延遲鏈中所經(jīng)過的延遲單元的個數(shù)就正比于所測的時間間隔值。

它依靠延時單元的延時穩(wěn)定性，對延時狀態(tài)進行高速采集與數(shù)據(jù)處理，從而實現(xiàn)了對短時間間隔的精確測量。

這種方法在一些文獻中都有說明，但是這種方法其實也有一個問題，由于FPGA中的每一個單元在FPGA內部的真實布局是我們無法看到的，并且隨著溫度的變化，其延遲單元的延時其實是不穩(wěn)定的，會有溫度漂移。這為測量時間間隔帶來了很大的誤差，而且經(jīng)過簡單的仿真我們也發(fā)現(xiàn)，延時單元的延時不是的均勻。

因此用這種方法測出的真正閘門的觸發(fā)事件到下一基準信號上升沿之間的時間間隔是不準確的，特別是有些時候后一個延時單元的延時值卻比前一個延時單元的延時值短，出現(xiàn)時間倒流的情況，這中情況的出現(xiàn)就使得測量結果的值和真實值之間存在較大的誤差。因此我們更傾向于采用游標卡尺內插法來測量這個短時間間隔。

2.游標卡尺內插法

游標內插法模擬了游標卡尺的思想，是當前廣泛應用的高精度測時測頻方法，它采用一種全數(shù)字化的測量方法，具有穩(wěn)定性好，技術指標高的特點。

當實際閘門信號滿足觸發(fā)條件時，觸發(fā)信號就驅動觸發(fā)振蕩器起振，利用監(jiān)控器檢測觸發(fā)振蕩器產(chǎn)生的信號是否和基準信號同相位，同時利用計數(shù)器對這個兩個時鐘信號進行計數(shù)。當監(jiān)控器檢測到振蕩時鐘和基準信號時鐘同相位時，根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)值推算出觸發(fā)事件到與下一個采樣時鐘的時間間隔，即實現(xiàn)了短時間間隔的測量。

四、結論

本文闡述了在等精度測量頻率的基礎上，以量化時延法和游標內插法進一步提高測頻精度的特點與可行性，并且給出了以游標內插法提高測頻精度的要點及關鍵部分的實現(xiàn)，有效的對測量精度進行了補償校正，滿足了寬頻范圍內頻率測量的需要，進一步提高了頻率測量的精度與分辨率。