在電子技術領域中，信號頻率的測量是我們經(jīng)常會遇到的問題，示波器和頻率計均可以實現(xiàn)頻率測量，那么究竟哪種方法的測量結果更為準確呢？下面優(yōu)測科技將就這兩種方法的測量原理和區(qū)別來做一些說明：

目前市面上大多數(shù)頻率計是采用的10位或者12位/秒的頻率分辨率，測量精度較高，測量頻率范圍廣。而示波器測量頻率往往受到其本身帶寬、采樣率等方面的制約，使得它所能測量的頻率有限，且測量精度不高，但它在頻率測量方面的優(yōu)點是不可忽視的，它的波形和頻率測量值在同一屏幕顯示，還可以通過觀察波形的周期自行計算，給人以直觀的感受。波形圖片還可以存儲，導出，相當方便。并且數(shù)字示波器還帶有簡單的頻譜分析功能，可以顯示信號頻譜。

一、示波器測頻率

示波器被稱為工程師的眼睛，是時域上觀察信號不可或缺的工具?，F(xiàn)在普及的絕大多數(shù)是數(shù)字示波器。數(shù)字示波器的本質是將待測的模擬信號轉換為離散的采樣點，點和點通過某種方式相連組成了示波器屏幕上的波形。根據(jù)屏幕上的波形，示波器采用軟件編程的“算法”來計算波形的相關參數(shù)。

頻率是任何一臺數(shù)字示波器都具有的測量參數(shù)，是周期的倒數(shù)，表示信號在單位時間（1秒）內變化的次數(shù),通常用f表示，基本單位是Hz，1Hz表示每秒變化一次。 數(shù)字示波器測量頻率的算法是怎么來的呢? 理解這個算法就理解了示波器測量頻率的準還是不準的誤差源。）

主流的數(shù)字示波器對頻率進行測量算法是按周期的倒數(shù)來計算的。先計算出周期，再計算出頻率。 示波器計算周期的算法是：計算出信號這個上升沿幅值50%的點到相鄰下一個上升沿幅值50%的點之間的時間間隔。因此，示波器要先獲得50%的點。要得到50%的點，必然需要確定幅值，那么我們就需要理解示波器測量參數(shù)的一算法：確定高電平和低電平

峰峰值表示所有采樣樣本中的大樣本值減去最小樣本值，這好理解，在示波器算法中也好實現(xiàn); 而幅值表示被測信號的“高電平”減去“低電平”。高電平和低電平分別在哪里？ 這就需要定義算法。這個算法的確定將不只是直接影響到“幅值”這個參數(shù)值，還將影響到絕大多數(shù)水平軸的參數(shù)值，如上升時間,下降時間，寬度，周期等，因為水平軸的參數(shù)要依賴于垂直軸的參數(shù)。

不同示波器廠商給出的“高電平”和“低電平”算法可能不盡相同，但都會采用公認的IEEE定義的算法。

由于周期的測量結果依賴于樣本數(shù)的多少，因而時基不同時，得到的頻率和周期會有一定的誤差。而硬件頻率計測量并不依賴于這些算法，所以我們可以觀察到，在時基變化的過程中，硬件頻率計的測量結果為49.026MHz,幾乎是沒有變化的。

二、頻率計測頻率

在傳統(tǒng)的信號分析中，示波器測量頻率時精度較低，受制于諸多因素，隨機誤差較大，頻率計受的制約比較小，精度高、誤差小，其測量頻率一般有三種方法，分別是直接測頻法、測周期法、等精度測頻法。

1、直接測頻法

由時基振蕩器產(chǎn)生的標準時基信號經(jīng)過分頻作為閘門觸發(fā)器的標準參考，信號經(jīng)過整形之后變?yōu)槊}沖進入閘門，依靠閘門觸發(fā)器對脈沖進行計數(shù)。當閘門寬度為1s時直接從計數(shù)器讀出的數(shù)就是被測信號的頻率，即每一秒閘門中有多少個脈沖通過，并不關注這些脈沖信號來到的早晚和規(guī)律（亦即信號波形細節(jié)）。

直接測頻法的實質就是記錄在確定閘門開啟時間T內待測信號經(jīng)過整流后的脈沖個數(shù)N，通過這兩項數(shù)據(jù)可計算待測頻率fx：

閘門的開啟時刻與脈沖進入之間的時間關系是沒法確定的，在圖中我們可以看出，相同的閘門開啟時間T內，計數(shù)脈沖的個數(shù)可能是7也可能是8，存在著±1的計數(shù)誤差，這是頻率量化時帶來的誤差，故又稱為量化誤差，其表示為，相對誤差表示為：

這種測量方法中閘門開啟時間T為確定值，測量的精度主要取決于計數(shù)誤差。對于1s 的閘門， ±1 計數(shù)誤差為±1Hz，其相對誤差為（±1/fx）*100%，可見，頻率越大， 相對誤差越小。所以此種方法更適用于測量高頻信號，而非低頻信號。

2、測周期法

利用被測信號經(jīng)過整形電路的脈沖信號作為閘門觸發(fā)器的標準參考，對標準時基脈沖進行計數(shù)。當閘門寬度剛好是一個被測信號周期Tc時直接從計數(shù)器讀出的數(shù)值（也就是標準時基脈沖的個數(shù)）就是被測信號的周期值。

此法的實質是在待測信號的一個周期Tc（確定值）內，記錄標準時基信號脈沖個數(shù) N,其數(shù)學表達式為（T為標準時基周期）：

N的誤差為±1，其相對誤差與直接測頻法類似，表示為：

相對誤差隨著被測信號周期Tc的增大而降低，故此法適于測低頻（周期大）而不適于測高頻（周期?。┑男盘?。

等精度測頻：等精度測頻方法也是利用閘門對被測信號脈沖計數(shù)，是直接側頻法的延伸，不過其閘門開啟時間不是確定的值，而是利用了一定方式使得閘門時間始終為待測信號周期的整數(shù)倍，因此，有效避免了對被測信號計數(shù)所產(chǎn)生的±1誤差，不會出現(xiàn)高頻精度高，低頻精度差的現(xiàn)象，達到了在整個測試頻段的等精度測量。

兩個計數(shù)器（相當于兩個閘門，分別是被測閘門Nx和標準閘門Ns）同時對被測信號和標準時基脈沖進行計數(shù)。在整個測量過程中，首先給出預制閘門開啟信號（預置閘門上升沿），此時兩個計數(shù)器并不開始計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時，計數(shù)器才真正開始計數(shù)。

預置閘門關閉信號（下降沿）到時，計數(shù)器并不立即停止計數(shù)，而是等到被測信號的上升沿到來時才結束計數(shù)，完成一次測量過程。實際閘門時間τ與預置閘門時間τ1并不相等，設在一次實際閘門時間τ中計數(shù)器對被測信號的計數(shù)值為Nx，對時基信號的計數(shù)值為Ns，被測信號頻率為fx，標準時基頻率為fs，則有：

由于fx計數(shù)的起始和停止時間都是由該信號的上升沿觸發(fā)的，在閘門時間τ內對fx的計數(shù)Nx無誤差（τ=NxTx）。若忽略時基信號頻率fs本身的誤差（晶振產(chǎn)生的誤差），此時等精度測頻的主要誤差來源于對標準頻率計數(shù)的誤差()，相對誤差為：

由上式可以看出，測量頻率的相對誤差與被測信號頻率的大小無關，僅與閘門開啟時間τ和標準信號頻率fs有關,說明了在整個頻段的測量精度是等同的。

三、結語

一般來說，軟件測量結果是通過對當前屏幕顯示的波形數(shù)據(jù)進行運算得來的，通常只能提供4位左右的有效數(shù)字，測量精度也被限制在4位左右。而硬件頻率計則是用硬件電路直接對被測信號邊沿進行計數(shù)從而得到精準的頻率結果，因此硬件頻率計的頻率測量精度通常遠遠高于軟件測頻法。

但如果就憑借這樣簡單的推測就認為硬件法一定優(yōu)于軟件法也是不確切的，一旦信號中有許多噪聲疊加時，因為其觸發(fā)沒有規(guī)律可言，硬件頻率計的顯示結果會不斷地跳動，無法捕捉其真實測量結果。而此時運用軟件法從采集存儲器當中截取出來的波形，由于采樣的波形經(jīng)過了濾波，噪聲對其的影響相對較小，測量結果相對準確一些。

可以看出，噪聲引起的一些毛刺被誤認為是信號的上升沿和下降沿，整流時脈沖個數(shù)發(fā)生了變化，從而引起計數(shù)誤差。所以在測量的時候，用戶需要根據(jù)實際情況來選擇合適的測量方式進行測量。