示波器的频率计功能——高精度测量结果
无论是传统的模拟示波器还是现代的数字示波器，测量信号频率的功能从产品诞生之初就已经具备。在早期的模拟示波器中，频率测量过程需要工程师手动调整水平时基、触发等功能，使屏幕显示1至2个周期的稳定波形，然后通过观察信号在一个周期内占用的水平网格数量，再参考水平时基估计信号的周期，最后计算出频率。
近些年随着数字示波器在测量技术在精度、速度以及使用便捷性等诸多方面突飞猛进的发展，示波器能够自动且快速地完成信号频率测量，并呈现到屏幕上，方便工程师进行读取。但是在使用示波器进行频率测量时，常遇到这样的问题：
1、频率的测量结果是对采样后的数据经过计算一个周期的时间得到的。由于不同的水平时基对应不同的采样率，导致采样点间隔时间不同，因此会影响测量精度。
2、工程师在实际测量一个很稳定的信号频率时，测量结果的后几位小数点会有随机性的变化，这也是测量精度不高的表现。
那有没有一种方法能够使测量结果的精度很高又能够不受示波器采样率变化的影响呢? 今天安泰测试要给大家介绍的示波器中集成的频率计功能。
频率计
频率计是一种用作测量信号周期、频率特征的功能单元或独立仪器，相对于示波器的通用测量功能，它具有测量精度高、测量精度不随水平时基挡位变化的优点，在高精度频率测量的场景应用中发挥着重要的作用。
RIGOL旗下的多个系列示波器都集成了频率计功能，但测量精度都停留在6位有效位数。为了满足客户更严苛的测量场景，RIGOL最新推的DS70000 示波器将频率测量精度提升到了8位有效位数，确保在满足带宽内的所有周期性信号的频率都能被准确测量。
频率计实现原理
示波器的工作过程可分为信号输入、垂直系统(信号幅度调理)、采样(模拟信号数字化)、频率计算和结果显示等几部分，如下图所示。
其中信号输入、垂直系统、采样属于通用数字示波器的必备功能，频率计算是通过直接对ADC采样得到的原始数据进行处理和分析，得到信号频率。依托具有高速ADC采样功能的示波器，频率计可以很轻松的获得具有高时间分辨率(最高可达到ADC的采样间隔时间)的采样点，从而得到高精度的测量结果。
频率计算过程分为以下两个步骤：
1、边沿判断
示波器对周期性模拟信号进行采样量化后的数据与一个用户设置的“比较电平”进行比较，从低到高跨过此电平的跳变为“上升沿”，从高到低跨过此电平的跳变为“下降沿”。两个上升沿(或两个下降沿)之间的时间间隔为当前被测信号的一个周期。
正确识别信号中的边沿是频率计能够得到正确结果的前提和关键。在实际应用场景中，真实的信号往往自带一些噪声，如果不对这些噪声进行处理，就会造成边沿的错误判断，影响最终的测量结果。如下图所示，圆圈标记的位置因为一个毛刺的存在导致了在该位置出现了两个上升沿。
解决上述问题的方法，就是在原有比较器的基础上再增加一个比较电平，只有同时跨过两个比较电平的跳变才被判决为“有效沿”。两个比较电平之间的区域为“迟滞区间”，区间越大对噪声的抑制能力越强，反之则越小，这也是大家在触发系统中经常听到的触发灵敏度的概念。RIGOL所有系列的数字示波器都支持噪声抑制功能，用户可根据实际情况决定是否使用。
2、统计/计算
测频法
一段时间内，被测信号有效信号周期个数为，这段时间内被测信号上升沿(或下降沿)的个数减1。用这段时间除以周期个数可以得到信号一个周期的时间，从而得到信号频率。这“一段时间”我们称之为“闸门时间”。通常情况下，闸门时间内并不能包含整数个信号周期，简单进行除法计算会存在较大的误差。在实际计算过程中，还需要将闸门时间内的起始时间和结束时间去掉，仅用整数倍信号周期的时间进行计算。
如下图所示，设闸门时间为Tg(9个参考时钟)，闸门时间内上升沿的个数为N(3个)，闸门使能时刻到第一个被测信号的上升沿时间为Ts(1个参考时钟)，闸门结束时刻距离最后一个被测信号的上升沿时间为Te(1个参考时钟)。
信号周期Tc的计算公式为：Tc= (Tg – Ts – Te)/(N-1)
频率F的计算公式为：F = 1/Tc
测周法
直接测量被测信号的一个周期的时间，叫做测周法。测周法没有闸门时间的概念，系统仅需要测量两个上升沿之间的时间直接得到信号的周期，再通过取倒数得到信号的频率。如下图所示，可直接得到被测信号的周期Tc。
频率F的计算公式为:Fs =1/Tc
无论是测频法还是测周法都需要有一个参考时钟，它保证了测量结果的精度。测量不同频率的信号、选择不同挡位的时基，都不会影响和改变频率计的测量精度，这就是等精度频率计。
通常高频信号适合采用测频法，低频信号适合采用测周法。在实际应用中用户不需要关心到底应该采用哪种测量方法，系统会根据被测信号的频率特性自动选择合适的测量方法。
以上就是安泰测试为大家带来的示波器的频率计功能大家学会了吗?如您使用中还有其他问题，欢迎登录安泰测试www.agitek.com.cn
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