多周期同步法

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在一般计数法测频中，±1误差的出现主要被测信号与闸门时间的起止时刻不同步，且每次测量都不一样。±1的误差在τ一定时，其大小与被测频率成反比，频率愈高，测量误差愈小。

多周期同步法是利用被测信号的多个周期形成闸门时间，这亲闸门时间与被测信号就保持同步，对被测信号计数时就消除了±1误差，相当计数器的自校，同时还用此闸门时间去测量计数器内部由晶振通过变频产生的一个固定的高频信号。当然，后者仍然存在±1误差，但这与输入信号频率无关，因而对所有不同频率的输入信号，其测量分辨率都是一样的，即实现了等精度测量。

1．工作原理

如图8．5－3所示

图8．5－3 多周期同步法

首先由控制器产生一个予定的闸门时间T，称为控制信号。当控制信号前沿出现后，随之而来的输入信号的第一个脉冲打开电子门A和B，两个计数条分别对两路不同信号开始计数，一路为输入信号，另一路是晶振信号通过倍频器产生的高频信号，简称为时基。当控制信号后沿出现后，随之而来的输入信号的第一脉冲关闭电子门A和B，两个计数条的计数也随之停止，所计的数分别为N_a和N_b。

控制器所设定的闸门时间是由内部晶振分频所得到的，故是准确的所要求的取样时间，设为T。两个电子门实际打开的时间为τ，并不等于T，但两者相差很小，故可近似的看做为所要求的取样时间。设被测信号的周期为τ_x，时基的周期为τ_b，则从图中可得：

τ=N_aτ_x≈N_bτ_b

故 (8．5－5)

或 (8．5－6)

此值由内部计算器自动算出并显示。既可显示被测信号的周期，也可显示其频率。

2．测量分辨率

测量不确定度都是用相对值表示，即相对平均频率偏差的不确定度

利用8．5－5式求比较方便。在此式中，由于被测信号与闸门时间τ是完全同步的，故N_a没有误差。τ_x的误差来源有二：一是时基τ_b，二是时基的计数N_b。微分后可得

又 dN_b=±1

故 (8．5－7)

与前边的直接计数一样，总的测量不确定度也是包含两项，一是内部时基或晶振周期的不确定度，另一项是±1计数引入的不确定度。所不同的是在多周期同步法中，测量分辨率与被测频率无关，在τ一定时，只取决于选用的时基τ_b。如选用较小的τ_b，则可获得较高的测量分辨率。

例如，在一个500MHz的计数器中，则τ_b=2ns当τ=1s时，测量分辨率可达τ_b／τ=2×10^－9。不管被测频率为何值，均可获得2×10^－9的分辨率(对1s取样时间)。

目前国内大量使用的HP5345计数器及石家庄无线电四厂的1992计数器都是采用多周期同步测量原理。

【参考文献】：

［1］王义遒等，量子频标原理，科学出版社，1986。

［2］吴守贤等，时间与频率，科学出版社，1983。

［3］黄秉英等，时间频率的精确测量，计量出版社，1986。

［4］王江现代测量技术，计量出版社，1987。

［5］P. Kartaschoff ,Frequency and Time,Academic Press ,1978.

［6］J. A. Barnes et al. ,Characterization of frequency stability, IEEE Trans Instrum Meas. IM —20,p.105—120,1971.

［7］Time and frequency:Theory and Fundamentals,NBS Manograph 140,1974.

［8］D. W. Allan ,The measurement of fruquency and frequency stability of precision oscillator,Proc.6th Ann PTTI Planning Meeting.

［9］Annual Report of the BIPM Time Sectina,1974.