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精确的频率和时间测量 - 降低噪声的影响

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当我们在利用频率计数器测量频率或周期的时候,很多时候会看到测量的读数会剧烈跳动。如果是12位数字显示,跳动的数字可能是后3-4位,甚至更多。这时候,我们就可能不知所措,不知如何读数,也不知是信号的问题还是计数器本身的问题

 

事实上,计数器本事是一种宽带的仪器,对于输入信号的相应非常灵敏。但这有时也会造成一些麻烦,特别是当输入的信号上伴有噪声的时候。对计数器来说,所有信号看来都基本相同。正弦波、方波、谐波和噪声。 计数器关心的只是信号一连串的过零,计数器认为过零触发的信号频率就是要测量的频率, 至于信号形状如何,它根本不关心。如果是纯净信号,这一过程就不存在问题。但带有噪声或毛刺的信号会“欺骗”计数器在信号“假”的过零点上触发。此时计数器就不能得到实际的计数。幸而高质量的计数器都提供解决这一问题的方法。它们首先要求在记录过零前,信号需先通过两个低和高的滞后阈值。这两个电平间的间隔称为触发灵敏度,滞后带,触发带,或其它一些类似术语。

 

其次是高质量的计数器还能让您调节这一带的宽度,以把不需要的触发减到最少。如下图所示,输入的信号带有一个会造成计数器出现“错误”触发的毛刺成分。由于触发带很窄,计数器在毛刺信号的点1 和点3上被触发,但又同时,在实际被测信号的点2和点4)也被触发。这时如果看读数,就会变得乱七八糟。

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通过调节触发带使计数器变得不太灵敏,但您就能避免这些寄生触发。在下图中,触发带有足够的宽度(也就是灵敏度足够低),使过零的寄生不会引起计数。计数器记录2次有效过零,并按此计算相应的频率。

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当然,这种方法也并不适用于所有种类的噪声信号。如下图的信号。这时一个正弦信号上带有噪声, 对这样的信号,调整触发灵敏度就未必是一个好的办法。 我们就需要考虑其他的方法。


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其中一个办法就是
通过调整触发电平,使其“避开”最容易产生噪声的地方。例如在这个信号中,信号有“干净”的地方和“噪声”的地方。如果我们将触发电平放置在“干净”的地方,在信号的这个位置相对比较稳定,其抖动可能最小。
还有就是将触发电平放置在信号上升或下降沿最陡的地方,这时触发就会相对稳定。读数也会相对稳定。实现起来非常简单,就是在调整触发电平的时候,观察显示的变化。当显示最为稳定的时候,就说明触发电平的位置是最好的。


当然,还有一个大家都常用的方法,即使用信号平均。在测试数据显出现跳动是,启用计数器的平均模式。
平均模式能实际改进您的测量质量。通过减小信号中随机变量的影响,平均减少了显示的变化数字。


总之,如果显示数据在不停的跳动,表明信号中可能存在噪声。您可以根据噪声的特点和测试要求,通过把计数器转为低灵敏度模式、改变触发电平或启用平均模式, 将测试数据显示稳定下来。