Конспект лекции: Цифровые частотомеры (функциональная схема, диаграмма работы, погрешности)

В основе принципа действия лежит частотно-импульсный метод.
Принцип работы:
С формирователя F сигнал прямоугольной формы поступает на один из входов И, на другой вход поступает импульс длительности Δt₀, который получается на выходе делителя частоты :FR и делится в К раз. Счетчик СТ подсчитывает число переходов от 0 к 1 на интервале Δt₀. Код числа N поступает на ЦОУ. Без учета погрешности можно записать, что количество импульсов N,поступивших на счетчик:
N=Δt₀/T=Δt₀f=kf/2f₀ f=N/Δt₀=2f₀N/k=gN

Рассмотрим погрешности, искажающие эти соотношения. Можно выделить 3 источника погрешности:

• 1) Отличие кванта от номинального значения из-за ухода частоты f₀ (f₀± Δf₀), (g_НОМ±Δg)
• 2) Преобразование непрерывной величины f в дискретизированную величину gN. В этом случае максимальное абсолютное значение погрешности будет составлять ±0.5g
• 3) Отсутствие синхронизации сигнала частотой f с сигналом частотой f₀. Максимальная абсолютная погрешность, вызванная этим фактором, составляет ±0.5g

Последние 2 фактора обуславливают максимально возможные отличия числа N от его идеального значения на ±1. С учетом этих факторов:

f±Δf=f(1±δ)=(g_ном±Δg)(N±1)=g_номN(1±δ_f0)(1±1/N), где
Δf и δ – абсолютная и относительная погрешности всего ЦИУ

С учетом малости δ_f0 и при N>>1 относительная погрешность ЦЧ будет определяться как:

δ= Δf/ f=±( δ_f0+1/N)
δ= Δf/ f=±( δ_f0+1/ (Δt₀*f))

При кварцевой стабилизации частоты генератора первая составляющая выражения (мультипликативная) δ_f0=(10^-4 – 10^-7) %, вторая составляющая (аддитивная погрешность) 1/ (Δt₀*f) зависит от частоты.

Чтобы при f=f_max обе составляющие были одного порядка, нужно чтобы N_max=10⁶ – 10⁹ (разрядность ЦОУ). Поэтому наиболее точные ЦЧ имеют до 10 десятичных знаков ЦОУ. Рост второй составляющей с уменьшением частоты можно задержать увеличивая Δt₀. Однако при этом снижается быстродействие.

Обычно предусматривают ряд значений Δt₀, величины которых равны 0,1; 1; 10 секунд. Переключение этих интервалов сопровождается изменением места положения запятой, а иногда сменой обозначения единиц измерения ( Герц, килоГерц, МегаГерц). Выбирая величину Δt₀, нужно иметь ввиду, что необходимо обеспечить условия Δt₀*f<=N_max.

Если частота за время Δt₀ изменяется, то результат измерения представляет собой среднее значение частоты.

Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.