本文導讀

一、頻率測量原理

所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間(秒)內變化的次數。若在一定的時間間隔T內計數，計得某周期性信號的重復變化次數為N，則該信號的頻率可表達為：

f = N / T

所以測量頻率就要分別知道N和T的值，由此，測量頻率的方法一般有三種：測頻算法、測周算法以及等精度測量。ZDS示波器主要用到了測頻算法和測周算法，下面將介紹這兩種方法原理。

1、測頻算法

這種方法即已知時基信號（頻率或周期確定）做門控信號，T為已知量，然后在門控信號有效的時間段內進行輸入脈沖的計數，原理如圖1所示：

圖1 測頻原理

假設時間基準信號的重復周期為1S，加到閘門的門控信號作用時間T亦準確地等于1S，即閘門的開通時間為1S。在這一段時間內，若計數器計得N=100000個數，根據公式f = N / T，那么被測頻率就是100000Hz。

測頻方法的結果是精確到Hz的，由于異步采樣造成的頻率量化誤差為±1Hz，因此測頻模式下的相對頻偏誤差為：

可以看到，隨著頻率的升高，相對頻偏誤差會不斷減小，因此測頻算法適用于測高頻信號。

2、測周算法

測周算法即：被測信號（頻率或周期待測）做門控信號，T為未知量，做門控信號T，然后在門控信號有效的時間段內對時基信號脈沖計數，原理如圖2所示：

圖2 測周原理

被測信號的周期T，時基信號的頻率Fclk，計數值N有如下關系：

從而得出被測信號的頻率f為：

測周模式下的相對頻偏誤差為：

Fclk/f一般遠大于1，所以上面公式等價于：

隨著頻率的降低，相對頻偏誤差會不斷減小，因此測周模式適用于測低頻信號。

二、ZDS示波器頻率計架構分析

ZDS示波器的頻率計分為硬件頻率計和參數測量頻率計，它們在系統中所處的位置如圖3所示：

圖3 頻率計在示波器系統中所處的位置

硬件頻率計是基于存儲之前的信號進行的測量，它不受采樣率控制，不受屏幕是否有波形限制。硬件頻率計內部會根據外部輸入信號的頻率自動選擇測頻或測周算法。只要通道有信號輸入，并且信號幅值不會太小，硬件頻率計都可以將其頻率測量出來。

參數測量頻率計是基于存儲之后的波形信號進行的測量，受限于觸發，受限于屏幕是否有波形，因為示波器的測量功能只對屏幕內的波形進行測量統計，所以當屏幕上出現的波形不足一個周期時，頻率信息便不會獲得。參數測量頻率計是基于測周算法，先得出信號周期，然后將周期換算成頻率。

三、頻率計差別的實例分析

下面通過一個例子來說明，硬件頻率計和參數測量頻率計之間的差別。如圖4所示，CH1輸入一個1M的正弦波信號，然后同時打開硬件頻率計和參數測量頻率計，我們發現右上角的硬件頻率計正確測出信號頻率，但是左下角的參數測量頻率計并沒有測出信號頻率。造成這種差異的主要原因，參數測量頻率計是基于屏幕波形的，參數測量中周期定義為兩個鄰近上升沿之間的時間，下面波形由于沒有出現2個鄰近的上升沿，導致測不到周期，進而導致頻率測量不出來。

圖4 硬件頻率計和參數測量頻率計之間的差別

四、總結

利用示波器測信號頻率是用戶經常用到的功能，本文主要介紹了ZDS示波器頻率測量原理，并介紹硬件頻率計和參數測量中的頻率計的差異，通過此文可以加深對ZDS示波器頻率計的認識和理解。