頻率是信號最核心的特征之一，但工程師常有這種困惑：為什么硬件頻率計(jì)和示波器頻率測量結(jié)果不同呢？哪個(gè)數(shù)據(jù)才更精確呢？來聽聽資深硬件工程師的原理剖析分享。

一、頻率測量原理

所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時(shí)間(秒)內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)計(jì)數(shù)，計(jì)得某周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則該信號的頻率可表達(dá)為：

f = N / T

所以測量頻率就要分別知道N和T的值，由此，測量頻率的方法一般有三種：測頻算法、測周算法以及等精度測量。ZDS示波器主要用到了測頻算法和測周算法，下面將介紹這兩種方法原理。

1、測頻算法

這種方法即已知時(shí)基信號（頻率或周期確定）做門控信號，T為已知量，然后在門控信號有效的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行輸入脈沖的計(jì)數(shù)，原理如圖1所示：

圖1 測頻原理

假設(shè)時(shí)間基準(zhǔn)信號的重復(fù)周期為1S，加到閘門的門控信號作用時(shí)間T亦準(zhǔn)確地等于1S，即閘門的開通時(shí)間為1S。在這一段時(shí)間內(nèi)，若計(jì)數(shù)器計(jì)得N=100000個(gè)數(shù)，根據(jù)公式f = N / T，那么被測頻率就是100000Hz。

測頻方法的結(jié)果是精確到Hz的，由于異步采樣造成的頻率量化誤差為±1Hz，因此測頻模式下的相對頻偏誤差為：

可以看到，隨著頻率的升高，相對頻偏誤差會不斷減小，因此測頻算法適用于測高頻信號。

2、測周算法

測周算法即：被測信號（頻率或周期待測）做門控信號，T為未知量，做門控信號T，然后在門控信號有效的時(shí)間段內(nèi)對時(shí)基信號脈沖計(jì)數(shù)，原理如圖2所示：

圖2 測周原理

被測信號的周期T，時(shí)基信號的頻率Fclk，計(jì)數(shù)值N有如下關(guān)系：

從而得出被測信號的頻率f為：

測周模式下的相對頻偏誤差為：

Fclk/f一般遠(yuǎn)大于1，所以上面公式等價(jià)于：

隨著頻率的降低，相對頻偏誤差會不斷減小，因此測周模式適用于測低頻信號。

二、ZDS示波器頻率計(jì)架構(gòu)分析

ZDS示波器的頻率計(jì)分為硬件頻率計(jì)和參數(shù)測量頻率計(jì)，它們在系統(tǒng)中所處的位置如圖3所示：