頻率計數器必須是每個射頻工程師和精密電子工程師辦公桌上的重要儀器。在本文中，學習：

　　頻率計數器的必要性

　　不同類型的計數器

　　使用它們的行業

　　它們的結構和工作原理

　　有效選擇和使用它們的技巧

　　什么是頻率計數器？

　　頻率計數器精確測量波形為正弦、正方形、三角形、鋸齒形或其他規則重復模式的信號的頻率。

　　這些儀器可以測量模擬和數字信號的頻率和時序特性。

　　您需要頻率計數器嗎？頻率計數器與示波器和其他設備

　　其他儀器，如示波器、頻譜分析儀和頻率計（如老式模擬指針式儀表）也可以測量頻率。

　　然而，使頻率計數器與眾不同的是它們極高的精度和精確度。

　　雖然其他儀器使用軟件從數字化數據中測量頻率和其他特性，但頻率計數器使用精心設計的硬件電路直接在輸入信號上精確測量。

　　此外，在選擇儀器時，請記住以下內容：

　　即使在非常高的千兆赫頻率下，它們也能提供高精度和高分辨率。

　　它們更適用于連續波信號，而基于軟件的測量更適用于脈沖信號。

　　您可以可靠地將它們用于長期頻率測量。

　　與示波器或頻譜分析儀相比，它們使用起來更簡單、更快。

　　頻率計數器的不同類型是什么？

　　頻率計數器具有多種功能和形狀因素。我們首先看基于功能的不同類型。

　　按功能劃分的頻率計數器類型

　　主要的分類方法是基于他們的目標行業和能力。

　　1.通用計數器

　　與純頻率計數器不同，許多客戶更喜歡支持常見輔助測量功能的一體式通用計數器，如信號定時和頻率測量。它們通常可以測量：

　　頻率：這是單位時間內完成的完整周期數。

　　周期：這是信號的一個完整周期的時間間隔。

　　頻率比：測量兩個輸入信號的頻率比。

　　時間間隔：測量兩個輸入信號的事件之間的時間延遲。

　　時間間隔誤差：它測量相對于預期或理想值的時間變化。

　　脈沖寬度：它測量脈沖所花費的時間，通常是數字信號的高電平。

　　上升和下降時間：這是數字信號從低狀態到高狀態再返回的時間。

　　相位角：測量兩個輸入信號之間的相位差。

　　占空比：這是信號（通常是方波）高的整個周期的百分比。

　　電壓：報告信號的大、小和峰間電壓。

　　信號功率：一些通用計數器包括內置功率表，用于報告信號功率。

　　此外，這些工具支持更高級別的統計和分析功能，如：

　　直方圖圖，用于查看頻率測量值的分布并檢測穩定性或噪聲問題

　　檢測漂移和類似問題的頻率趨勢圖

　　檢測抖動的頻率測量統計

　　頻率讀數的總計指標

　　Allan偏差，頻率穩定性的度量

　　2.射頻計數器

　　射頻（RF）計數器或微波頻率計數器在RF工程中大量使用。它們的可測量頻率范圍從幾千赫茲（kHz）到幾百兆赫（MHz），甚至幾十吉赫茲（GHz）。例如，Keysight 53230Auniversal計數器/定時器基本型號高支持350 MHz，而高級型號高支持15 GHz。

　　RF計數器的構建方式不同，因為像觸發器這樣的數字電路元件太慢，無法跟上GHz范圍無線電信號的高速轉換。因此，RF計數器使用預分頻器或其他降頻部件來首先將輸入信號的頻率降低到MHz范圍。

　　3.計數器

　　這些也被稱為時間間隔分析器，針對精確的時間間隔測量進行了優化。

　　4.調制域計數器

　　這些計數器專門用于分析調制信號，其中載波信號是周期性的，但該模式被頻率調制方案混淆。

　　基于形狀因子的頻率計數器類型

　　基于形狀因子的頻率計數器類型|模型示例

　　頻率計數器也可以根據其形狀因素和接口分類為：

　　臺式儀器

　　手持式儀器

　　插入模塊化測試設備的硬件模塊

　　專用集成電路中的嵌入式塊

　　現場可編程門陣列中的邏輯塊

　　哪些行業使用頻率計數器？

　　工程師使用頻率計數器|辦公室使用的工業機器

　　不同類型的頻率計數器用于需要非常精確的頻率和定時測量的地方，如以下行業。

　　電子元件制造

　　精確的頻率和定時測量對于各種電子元件的質量控制至關重要，例如：

　　振蕩器

　　鎖相環

　　時鐘模塊

　　模數轉換器

　　定時器電路

　　分頻器

　　在這些行業中，頻率計數器被用作測試儀。

　　防守

　　射頻計數器用于關鍵雷達和聲納系統的質量控制。

　　全球導航衛星系統

　　像全球定位系統這樣的全球導航衛星系統星座在很大程度上依賴于定時和頻率特性的精度。

　　電信系統

　　類似地，頻率計數器用于在5G基站等無線電信設備中實現精確的定時和頻率特性。

　　頻率計數器如何測量頻率？

　　頻率測量單位時間內信號的完整周期數。有兩種頻率測量方法。

　　頻率計數器測量頻率|帶門時間的循環測量圖

　　第一種稱為直接頻率測量技術，只計算在一個固定的時間間隔內完成的循環次數，該時間間隔稱為門時間。其工作原理如下：

　　門控是一種稱為時基的非常精確的時鐘，它是測量在固定的門控時間間隔內完成的周期數的過程。

　　它將頻率報告為測量的循環數除以門時間。

　　這里有一些明顯的缺點：

　　選通時間不需要與信號的周期一致，導致周期數的測量不準確。

　　對于低頻信號，每個周期可能需要很長時間。計數器必須設置較長的選通時間才能準確測量周期。

　　頻率計數器測量頻率|測量周期圖解，計算門時間

　　另一種更好的方法是倒數測量技術。不計算在固定門時間內完成的循環數：

　　它等待固定數量（內部配置）的循環完成。

　　它使用高精度的內部或外部時基精確測量完成這許多循環所需的時間。那個時間就是它的登機時間。

　　它通過將循環次數除以測量的門時間來計算頻率；因此被稱為倒數，因為它測量每個周期的時間，然后取其倒數來計算頻率。

　　互惠技術的優點包括：

　　頻率分辨率的位數相同，與輸入頻率無關，無論是赫茲還是千兆赫

　　在非常低和非常高的頻率下都非常準確

　　然而，互易頻率計數器的構建成本更高。

　　頻率計數器的關鍵部件是什么？

　　頻率計數器的關鍵部件|使用機器人的工程師

　　頻率計數器的精度取決于構成它們的組件，如以下各節所述。

　　1.精密時基

　　時基是一種內部時鐘和門控電路，用于基于測量技術精確測量周期或定時。

　　它通常是以下晶體振蕩器電路之一：

　　室溫晶體振蕩器：它使用一種簡單的石英晶體，在典型的室溫下保持相當穩定的頻率，適用于非關鍵用途。

　　溫度補償晶體振蕩器：它能夠通過補償工作條件或環境變化引起的溫度波動來保持穩定的頻率。

　　烤箱控制晶體振蕩器（OCXO）：也稱為高穩定性烤箱時基，振蕩器安裝在一個保持恒定溫度的迷你烤箱中，以實現極高的穩定性和準確性。

　　時基容易因老化和溫度影響而出現時基錯誤。為了隨著時間的推移保持高的穩定性和準確性，請確保細致的維護和定期校準。

　　2.輸入放大器、衰減器和預分頻器

　　這些部件修改輸入信號以匹配計數器的電路。它們增強弱信號，減少強信號，阻斷高頻噪聲，并提供阻抗匹配。

　　RF計數器必須確保高輸入信號頻率被縮小，以便下游的數字電路能夠跟上它們的轉換。因此，他們使用高速預分頻器、傳輸振蕩器或外差轉換器。

　　3.觸發器或比較器電路

　　觸發電路準確地確定輸入波的每個周期何時開始和結束。

　　4.計數器電路

　　這就是實際的周期計數和時間測量發生的地方。它由具有觸發器和NAND門等組件的數字邏輯電路組成，每當輸入信號跨過觸發電平時，這些電路就會被輸入信號激活。

　　5.微處理器

　　微處理器：

　　控制頻率計數器的操作

　　存儲和傳輸數據

　　執行統計和其他分析

　　與用戶或其他設備通信

　　6.電源

　　頻率計數器使用具有非常低的紋波和噪聲的高質量電源。

　　7.接口電路和與其他設備的外部接口

　　大多數現代頻率計數器可以通過以下輸入/輸出接口與個人計算機和自動測試設備連接：

　　通用接口總線（GPIB）：這是一種用于將可編程儀器連接到計算機的硬件和數據交換標準。它包括用于可編程儀器的標準命令（SCPI）標準，該標準為每個儀器類指定了一組命令和語義。

　　通用串行總線（USB）：頻率計數器可以將測量數據傳輸到USB存儲設備。

　　RS-232：此串行總線可用于以自定義二進制格式將數據傳輸到計算機。

　　儀器局域網擴展（LXI-C）：這是一種基于以太網協議的SCPI，可實現基于瀏覽器的儀器控制。

　　8.顯示電路

　　如果頻率計數器是一個獨立的儀器，它通常配有液晶顯示器（LCD）和顯示電路，以顯示測量結果、分析結果和直方圖等圖形輸出。

　　頻率計數器的主要規格是什么？

　　選擇頻率計數器時，請查看以下關鍵規格：

　　輸入通道數

　　每個通道的頻率范圍和大頻率

　　頻率分辨率，即以位數表示的頻率精度

　　時間分辨率，是單次拍攝中兩個事件之間小的可測量時間差，以納秒或皮秒表示

　　相位分辨率（度）

　　時基誤差、時基老化系數（以年或百萬分之一為單位）和時基不確定性

　　到外部接口的數據傳輸速率

　　實現高精度和高精度的技巧

　　按照我們的提示使用頻率計數器進行精確測量：

　　避免自動防護模式，因為它不準確。時間分辨率和系統不確定性都會導致整體測量誤差，可以通過使用其他防護模式之一——外部、時間或數字——來提高。

　　讓時基始終通電以保持溫暖。與定期斷電相比，這使年老化率提高了一個數量級。

　　使用可用的佳時基。高穩定性烤箱時基不需要頻繁校準，但建議用于不太穩定的烤箱時基。

　　注意觸發電平和觸發電平定時誤差，尤其是當信號有噪聲時。

　　將所有時基鎖定到單個時鐘，以避免由于獨立時基而產生抖動。

　　設置觸發電平，使其在大轉換速率點與信號相交，以大限度地減少觸發條件所需的時間。

　　不要將觸發頻帶設置得太窄，以至于任何噪聲都會被視為零交叉。

　　我們將在下面介紹的頻率計數器產品中實施所有這些措施。

　　Keysight頻率計數器

　　頻率計數器的關鍵部件|使用機器人的工程師

　　Keysight的53200系列射頻和通用頻率計數器提供以下先進的功能：

　　一到三個輸入通道

　　高品質溫度補償時基，年老化率僅為百萬分之一

　　可選的高穩定性烤箱時基，年老化率低至十億分之五十

　　極高的12位頻率分辨率

　　單次拍攝時間分辨率低至20皮秒

　　內置高級數據分析和繪圖功能

　　查看我們三種型號的數據表，了解非常詳細的規格和精度計算：

　　53230A 350MHz通用頻率計數器

　　53220A 350MHz通用頻率計數器

　　53210A 350MHz射頻計數器

　　使用Keysight頻率計數器實現無與倫比的精度

　　在本指南中，您將了解頻率計數器的內部結構和應用程序。如果您對我們的產品有任何疑問，請聯系我們！