等精度测频方法除了需要两个计数器分别对被测信号和基准时钟进行计数外,还需要附加一个额外的计数器来产生预置闸门控制信号,而且由于预置闸门控制信号的引入,增加了同步电路的复杂度。当被测信号频率较高时,被测信号的上升沿和预置闸门信号的下降沿可能会出现竞争冒险的问题,从而造成误触发,影响了测量精度,降低了系统的可靠性。
针对这一问题,改进以后的等精度测频原理如图2所示。
其工作过程分为精测和精测两步。精测时,将被测信号的预分频数设置为2,对其进行分频,分频后信号的上升沿启动计数器1对基准频率进行计数,其后紧接着的下降沿启动计数器1对基准频率进行计数,其后紧接着的下降沿使计数停止,根据计数值的大小估算出被测信号的频率。精测时,根据此前估算的频率和预选设定的测量时间,调整被测信号的预分频数(譬如预先设定的测量时间为1s,估计的被测信号频率为6000Hz,那么调整后预分频数为1/(1/6000)=6000),再重复对基准频率的计数过程,完成频率测量。

这种改进既实现了等精度测量的基本思路——被测信号的测量时间为整数个周期,又可根据被测信号频率的不同,自动调整被信号的预分频数,直接利用分频后的信号作为控制信号。这样就将会对被测信号的计数和分频合二为一,从而简化了电路结构,减少了硬件开销,避免了误触发,提高了测量系统的可靠性,达到了宽范围、等精度测量的要求。
2 误差分析
设被测信号频率为fx,基准信号频率为f0,对基准信号频率的计数值为N0,精测时被测信号的分频数为Nx,则依据改进后的等精度测频原理,被测信号频率fx=2·f0·Nx/N0。
测量结果的相对不确定度为:


