[发明专利]单通道计数器高精度频率/周期测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及单通道计数器数据测试方法，具体涉及一种单通道计数器高精度频率/周期测量方法。

背景技术

现在市场上的计数器产品，一般设计为在面板上为每路计数器通道提供5个接口信号，即一个被测信号，一个外部时基信号，一个门控信号，一个触发信号，一个脉冲输出信号。再通过对内部的功能寄存器进行配置，选定了时基信号和待测信号，并设置其工作在指定的模式下，最终完整的实现频率、周期、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲计数的测量和脉冲输出功能。

在进行周期信号的频率/周期测量时，其原理参见图1，通过使用一个高精度的时基信号，对被测信号的两个上升沿（下降沿）之间的时基信号的周期数进行统计，再根据所得结果进行进一步的计算，得出被测信号的频率/周期值。在图1中，两条线1、4之间的区域表示被测信号的真实周期，图1中两条线2、3之间的区域表示能够被有效测量到的区域。

由图1中可以看出，使用图中所示测量方法所得到的结果，存在一定的测量误差。即在被测信号的一个周期内，时基信号的周期数会存在误差，包括上图1中最左边的线1和线2之间的区域，以及上图1中部的线3和线4之间的区域，这两个区域所涵盖的范围就是测量结果的误差，其最大值均为一个时基信号的周期，并且都无法被精确的统计出来。

假设在被测信号的一个周期内，计数得到的时基信号周期数为X，如果以A_R表示被测信号的真正周期值，A_M表示被测信号的测量结果的周期值，B表示时基信号的周期值，则可以得到下式1：

A_M=B*X；

用E_A表示以时基数计数的最大绝对误差，则由下式2和0≤(A_R-A_M)≤2的关系可以推断出E_A对应的最大值为2，

E_A= A_R-A_M ；

因此可以得出使用这种测量方法的时候，用时基信号周期数表示的绝对误差的最大值为2，进一步分析可以得出最大的相对误差为2/(B/A_R）,即2A_R/B。由此可以看出，如果被测信号的周期和时基信号的周期比较接近（譬如在同一数量级）的情况下，这种测量方法所得到的结果会存在相当大的误差。

在此基础上，有两种方法能够显著提高测量结果的精度，一是提高时基频率，即增加被测信号一个周期内的时基信号周期数，其原理参见图2；二是对被测信号进行连续多个时钟周期的测量，之后再利用记录的时基信号的总周期数，除以被测信号的周期数，得出被测信号的周期和时基信号的周期数之间的倍数关系，其原理参见图3。

上述两种方法的实现途径虽然不同，但其原理非常相似。以图2中的提高时基频率为例，如果将时基频率提高至原来的Y倍，仍然以X表示计数得到的时基信号周期数，A_M表示测量得到的被测信号周期值，B表示时基信号的周期值，则有下式3

A_M=(B*X)/Y；

由于X的最大误差仍然为2，因此新的测量方法下，仍然以时基信号的周期数表示的最大绝对误差变为2/Y，最大相对误差变为下式4

(2(A_R/Y)/B)，

化简后得到下式5

2A_R/YB；

以图3中的增加测量时间为例，如果将测量时间增加至原来的Y倍，则最大相对误差变为(2(A_R/(B*Y))，化简后仍为2A_R/YB。据此可以看出，分别使用这两种方法所得到的测量结果，效果是相同的。

对上述两种方法的实现难度和测量时间进行进一步的对比，基于第一种方法的主要优点在于测量时间仍旧保持不变，而缺点则是为了提高时基频率，需要对硬件进行升级，提高时基信号的频率和测量电路的工作频率，使对应的硬件平台能够工作在较高的时钟频率下，所需成本较高；第二种方法的优点在于不需要对现有硬件平台进行修改，成本较低，缺点是需要花费更多的测量时间来得到测量结果。在实际应用中，第一种方法较少被用到，第二种方法使用较广泛。

在应用多周期测量方法的时候，由于在传统的计数器模块中，每一路通道中都只集成了一路计数器，因此在应用这种方法时，需要按照以下描述，使用软件对多个通道中的功能寄存器进行相应的设置之后，才能够开始对被测信号进行测量。