周期与频率的测量作业与思考

周期与频率的测量电子测量的重点知识本科内容梗概什么是被测信号的周期？如何测量信号的周期？测量信号周期的基本链路环节；典型的测量信号周期的逻辑结构；测量被测信号频率的基本思想；如何产生基准时间片？典型的测量信号频率的逻辑结构；关与周期的测量被测信号的相同特征的重复间隔；例如：信号的上升沿、下降沿；利用计数器，在参考时钟驱动下，测量两次特征重复之间的时间；关键的信号路径：放大整形脉冲同步测量结果的处理；测量周期的信号路径放大：目的是将较微弱的信号放大到足够的摆幅，便于后继逻辑电路处理；一般采用集成运放构造电路；整形：目的是将摆幅足够的信号，进行变化沿的“陡峭”，使其变成脉冲信号特征，满足现代数字电路对信号变化沿的要求；一般采用施密特触发器；脉冲同步的原理与实现信号变化沿与计数参考时钟之间没有固定的相位关系，需要同步逻辑的处理，使其变化沿与参考时钟同相；才能使得计数器准确的测量两次上升沿或下降沿之间的时间间隔。典型逻辑结构数字去抖，滤除随机相位波动；D触发器在数字电路中用来进行“数位”取样；将被测信号与本地参考时钟进行相位“同步”；搞清楚基本工作原理；仿真结果脉冲沿检测逻辑上升沿检测；下降沿检测；信号的周期特征提取；上升沿检测信号延迟的物理现象；上升沿脉冲的宽度及相位；全沿检测与分离滤波+脉冲沿分离同步2分频测量电平长度=测周期测量电平长度=测周期计数器的行为级描述很简单SoEase&SoClear高级方法上升沿将当前计数结果累加；上升沿复位计数器，开始新的测量；小状态机，连续累加2^K个周期的测量结果，取测量结果的平均值；整体逻辑结构仿真结果（19+16+18+27）/4=20频率的测量方法频率：单位时间内的重复次数；测量频率：固定时间段内的计数器操作；信号频率的分类：普通频率范围1Hz300MHz；低频率范围：<1Hz;（过低的频率采用周期测量值，取倒数）；高频范围：>300MHz;器件特性的支持测量方法的适用范围普通频率范围：固定时基内的计数值；低频率范围：测量周期，然后求倒数；高频率的测量：超外差+PLL+计数器；4.2.2石英晶体振荡器电子计数器内部时间、频率基准采用石英晶体振荡器（简称“晶振”）为基准信号源。基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振频率易受温度影响（其频率-温度特性曲线有拐点，在拐点处最平坦），普通晶体频率准确度为10-5。采用温度补偿或恒温措施（恒定在拐点处的温度）可得到高稳定、高准确的频率输出。下图为恒温晶振的组成。1）组成2）指标晶振类型输出频率(MHz)日稳定度准确度普通1，1010-5~10-610-5温度补偿1，5，1010-6~10-710-6单恒温槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8双恒温槽2.5，5，1010-9~10-11优于10-8认识有源晶体SiliconOscillatorsPLLinaTypicalFPGAChip4）时基产生电路◆功能：产生测频时的“门控信号”（多档闸门时间可选）及时间测量时的“时标”信号（多档可选）。◆实现：由内部晶体振荡器（也可外接），通过倍频或分频得到。再通过门控双稳态触发器得到“门控信号”。

如，若fc=1MHz,经 106分频后，可得到 fs=1Hz(周期Ts=1s) 的时基信号，经过 门控双稳态电路得 到宽度为Ts=1s的 门控信号。4）时基产生电路◆要求：标准性：“门控信号”和“时标”作为计数器频率和时间测量的本地工作基准，应当具有高稳定度和高准确度。多值性：为了适应计数器较宽的测量范围，要求“闸门时间”和“时标”可多档选择。常用“闸门时间”（选通脉宽）有：1ms、10ms、100ms、1s、10s。常用的“时标”（产生选通脉冲的参考时钟）有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。利用FPGA测量频率短时基“捕捉”瞬态频率变化；长时基测量平均频率；时基不一定是选通脉宽定时器（计数周期固定的计数器）；同步逻辑利用脉冲传递状态信息；两个同步脉冲构成时基巧妙利用Basic_Trig脉冲Basic_trig的上升沿取样（锁存）计数结果；Basic_trig的高电平对计数器异步复位；Basic_trig为触发器输出，没有毛刺，上述操作不会出现误动作。逻辑结构仿真结果分析仿真结果深度分析阶段小结测量频率中涉及到两个时钟：1、产生“时基”的本地参考时钟fc；2、被测信号的频率fx；测量频率必须产生时基；时基的长度可以折算成本地参考时钟下的计数器计数长度；时基不一定是“长”选通电平，也可以是同步脉冲；继续深入观察与思考被测频率表达式；Bsic_trig还