图2.1 等精度测频原理波形图
等精度测频的实现方法可简化为图2.2所示。CNT1和CNT2是两个可控计数器，标准频率信号从CNT1的时钟输入端CLK输入；经整形后的被测信号从CNT2的时钟输入端CLK输入。当预置门控信号为高电平时，经整形后的被测信号的上升沿通过D触发器的Q端同时启动CNT1和CNT2。CNT1、CNT2同时对标准频率信号和经整形后的被测信号进行计数，分别为NS与NX。当预置门信号为低电平的时候，后而来的被测信号的上升沿将使两个计数器同时关闭，所测得的频率为(FS/NS)*NX。则等精度测量方法测量精度与预置门宽度的标准频率有关，与被测信号的频率无关。在预置门时间和常规测频闸门时间相同而被测信号频率不同的情况下，等精度测量法的测量精度不变。
图2.2 等精度测频实现原理图
2.2.3 误差分析
设在一次实际闸门时间t中计数器对被测信号的计数值为Nx，对标准信号的
计数值为Ns。标准信号的频率为fs，则被测信号的频率如式(2-1):
fx=(Nx/Ns)·fs (2-1)
由式1-1可知，若忽略标频fs的误差，则等精度测频可能产生的相对误差如式(2-2):
δ=(|fxe-fx|/fxe)×100% (2-2)
其中fxe为被测信号频率的准确值。
在测量中，由于fx计数的起停时间都是由该信号的上升沿触发的，在闸门时间t内对fx的计数Nx无误差(t=NxTx)；对fs的计数Ns最多相差一个数的误差，即|ΔNs|≤1,其测量频率如式(2-3):
fxe=[Nx/(Ns+ΔNs)]·fs (2-3)
将式(2-1)和(2-3)代入式(2-2)，并整理如式(2-4)：
δ=|ΔNs|/Ns≤1/Ns=1/(t·fs) (2-4)
由上式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，即实现了整个测试频段的等精度测量。闸门时间越长，标准频率越高，测频的相对误差就越小。标准频率可由稳定度好、精度高的高频率晶体振荡器产生，在保证测量精度不变的前提下，提高标准信号频率，可使闸门时间缩短，即提高测试速度。
本章小结
本章从各个方面说明了频率计的工作原理，介绍了频率测量的原理和误差的分析，通过对各种频率测量方法的比对，对等精度频率计的实现，在理论上起到了作用。
参考文献
[1] 王紫婷，吴蓉，张彩珍，吴晓春.EDA技术与应用.兰州：兰州大学出版社，2003年4月
[2] 谭会生,张昌凡.EDA技术及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2004年4月
[3] 林敏,方颖立.VHDL数字系统设计与高层次综合.北京:电子工业出版社，2002年1月
[4] 李国洪,沈明山.可编程器件EDA技术与实践.北京:机械工业出版社，2004年7月
[5] 王锁萍.电子设计自动化教程.成都:电子科技大学出版社,2000年2月