Digitális frekvencia és időmérő

A digitális frekvencia- és időmérők sokoldalú műszerek. Sokféle fizikai mennyiséget lehet velük megmérni: például frekvenciát, periódusidőt, időtartamot, frekvenciaarányt, fázisszöget. Mivel ezeknek a mennyiségeknek a mérése ugyanazon elven alapszik, a különböző alapvető funkciójú egységek megfelelő összekapcsolásával a kívánt mérések elvégezhetők.
A frekvencia és az ezzel összefüggő fizikai mennyiségek mérése a legpontosabban megvalósítható digitális mérési eljárás. A műszer feladata a jelimpulzusok (más szóval kvantum-egységek) megszámlálása, amelyhez mérési hibát nem okozó digitális áramkörök (számlálók) állnak rendelkezésre.
Digitális időmérésnél egy ismert frekvenciájú jelből származó impulzusokat számlálunk meg ismeretlen ideig egy számlálóval. Digitális frekvenciamérésnél fordítva történik: ismeretlen frekvenciájú jelből származó impulzusokat számlálunk össze ismert ideig. A digitális frekvencia és időmérés elve
Idődiagram Idődiagram Idődiagram Idődiagram A tömbvázlat szerint addig jutnak számlálandó impulzusok a frekvencia-bemenetről az impulzus-számlálóba, amíg logikai 1 jelet kapcsolnak az ÉS-kapu időbemenetére.
Az idődiagram szerinti időfüggvényben a flip-flop bemenetén a t időtávolságra lévő indító és leállító jeleket, a t időtartamú jelet a flip-flop kimenetén, az f frekvenciájú, illetve az 1/f periódusidejű frekvenciajelet, valamint az ÉS-kapu kimenetén azt a behatárolt impulzussorozatot tüntettük fel, amely az impulzusszámlálóba kerül. A frekvenciajelnél rövid ideig tartó impulzusokat feltételezve, az indítási időpont tetszőleges helyzeténél az időtartam az alábbi összefüggés szerint alakul:

Az operandusok jelentése:
N: az egész számú impulzusszáma annak a behatárolt impulzussorozatnak, amelyet a számlálóra kapcsolnak.
1/f: a frekvenciajel periódusjele.
, : az indítójel, a leállítójel és a frekvenciajel legközelebbi impulzusa közötti rövid maradékidő.
Az elvárt érték egy törtszám, amely azt adja meg, hogy milyen gyakran fordul elő a reciprok 1/f periódusidő a t mérési időben. Ha az előbbi egyenletet az f frekvenciával megszorozzuk, a következő összefüggést írhatjuk föl:

Ha a maradékidők különbségéhez képest a mérési idők nagyok, azaz t>> , akkor a számláló állása a következőképpen alakul:
N=f∙t

Az abszolút kvantálási hiba:

Mivel a értéke az 1/f reciprok frekvenciánál nem lehet nagyobb, ezért a kvantálási hiba értéke egynél nem lehet nagyobb.
Egy digitális idő- vagy frekvenciamérés pontossága a kvantálási hibán kívül valójában az alkalmazott referenciafrekvencia, illetve referenciaidő pontosságától függ. Ha a kvantálási hibát nem veszik figyelembe, akkor az N=f∙t számlálóállás mind a mérési idővel, mind a mérési frekvenciával arányos. Digitális időmérésnél tehát az f referenciafrekvenciát, digitális frekvenciamérésnél pedig a t referenciaidőt kell állandó értéken tartani. Ezt mindkét esetben egy olyan kvarcoszcillátor garantálja, amelynek a frekvenciastabilitásával szemben magas követelményeket lehet támasztani. -nél kisebb relatív frekvenciaeltéréseket a legegyszerűbb eszközökkel, -nál kisebb eltéréseket pedig még elfogadható költséggel (termosztálás) el lehet érni.

A digitális frekvencia- és időmérők sokoldalú műszerek. Sokféle fizikai mennyiséget lehet velük megmérni: például frekvenciát, periódusidőt, időtartamot, frekvenciaarányt, fázisszöget. Mivel ezeknek a mennyiségeknek a mérése ugyanazon elven alapszik, a különböző alapvető funkciójú egységek megfelelő összekapcsolásával a kívánt mérések elvégezhetők.