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[摘 要]本文针对电子计数法测量时间间隔存在原理误差、时标误差和触发误差的问题进行了分析，并且提出了减小电子计数法测量误差的方法。
[关键词]时间间隔 电子计数
中图分类号：F416.63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0349-01
引言：电磁信号的时间测量主要是指时间间隔的测量，时间间隔是起始信号和终止信号之间所经历的时间，广义上也包括周期测量。时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域起着非常重要的作用，因此提高测量时间间隔测量准确度是测量领域一直关注的问题。
1 时间间隔测量原理（如图1）
随着科学技术的发展，电子计数器的使用越来越广泛，特别是在时间间隔测量中，它已成为通用的测量设备。电子计数器通常由时基，控制单元，计数及显示单元等部分组成。
电子计数器机内晶振输出的信号（周期为T0）经分频倍频后，以脉冲列的形式（时基T0）通过主闸门进入计数器。由被测信号控制主闸门，而用时基脉冲进行计数。在时间间隔测量中设置了B，C两个输入通道，分别送出起始信号和终止信号去控制门控双稳电路以形成闸门信号。根据被测时间间隔TX内进入计数器的时标脉冲T0的个数N，得到两个被测信号之间的时间间隔Tx，即Tx=T0*N。
利用电子计数器的时间间隔测量功能既可以对周期信号进行测量，也可以对非周期信号进行测量，可以方便的实现脉冲宽度，上升时间，下降时间的脉冲参数的测量。例如要实现上升时间的测量，只需将脉冲同时接入B，C两个通道，B通道触发电平设置为信号幅度的10%（正极性），C通道触发电平设置为信号幅度的90%（正极性）。
2 时间间隔误差分析及减小办法
在测量精度要求不高的情况，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了广泛应用，测量时序图如图1：
引起电子计数器出现测量误差的因素很多，但是主要是量化误差、时基误差和触发误差三种误差。
A量化误差电子计数器在测量时间间隔时，在TX时间内对时基脉冲列进行计数，由于门控信号闸门开启时的瞬间相位与时基脉冲列之间相位关系是随机的，由于被测信号和闸门信号不同步，在计数过程中，在短时间间隔T1和T2处电子计数器可能会多（或少）計一个脉冲，这种±1误差通常称为量化误差，又称末尾读数不确定性。T1=NT0+T1-T2，当被测信号时间间隔Tx恒定的时候，提高时标信号频率，量化误差下降。
量化误差大小取决于时基脉冲列的频率，如果采用某种技术使被测信号和闸门之间完全同步，如采用多周期同步法，这时电子计数器总是显示一个固定数而不会出现末位±1的跳动。运用倒数计数器，内插技术，平均技术等能对T1和T2做进一步精密测量，从而提高测量准确度。
对量化误差T1和T2进行转换，通过测量其它物理量，比如幅度、相位而达到测量时间的目的，该类方法从根本上解决量化误差对测量精度的影响。现在用此原理减小误差的方法为时间-幅度转换法。
B时基误差除了量化误差之外，电子计数法还存在时基误差，由于测量时间间隔时所选用的时基的准确度产生的测量误差，时基一般由电子计数器内晶振分频倍频得到，即为时标误差，取决于时标信号的稳定度，因此时标误差将直接导致测量出现误差，晶振产生输出频率为fo时基信号，如分频系数为k则T=kTo=k/fo，而=-kfo/fo2，/T=-fo/fo，所以闸门时间准确度数值上等于时标信号的频率准确度，符号相反。
可以看出时基脉冲的频率越低，则测量精度越低。频率准确度要受到晶体振荡器的频率准确度，稳定度以及日老化率的影响，所以测量前后应对机内晶振频率进行校准，一般电子计数器内时基脉冲信号应比被测信号频率准确度高一个数量级，或者采用外接原子频标的办法来减小时基误差。
C.触发误差电子计数器测量时间间隔时，控制闸门开关的脉冲信号是由被测信号通过触发器形成的。当被测信号上叠加有噪声信号，以及触发器本身触发电平不稳定，造成与理想情况存在偏差，这种偏差即为触发误差。
经推导，开门时间的相对误差为±Un/2πUm，同理关门时间的相对误差也为±Un/2πUm，测量过程中可能出现的最大触发误差为开门关门两项触发误差之和为±Un/πUm，可见信噪比越大，触发误差就越小。
3 结束语
根据以上对时间间隔测量的原理介绍和误差分析，得出电子计数法具有测量范围广，容易实现，且能够作到实时处理的优点，但是由于存在量化误差，时基误差与触发误差，限制了其测量精度，因此研究人员也相继开发出内插法以及游标法、多周期测试法、时间-幅度转换法等多种方法，去减小量化误差、时基误差和触发误差，从而进一步提高了时间间隔测量的精度。
参考文献
[1] 孙杰，潘继飞，高精度时间间隔测量方法综述，计算机测量与控制[M]，145-147，2007.
[2] 李孝辉，杨旭海，刘娅.时间频率信号的精密计量[M]，103-125，科学出版社，2010.3.
[3] 刘国林，殷贯西.电子测量[M]，121-123，机械工业出版社，2003.1.
[4] 李立功，年夫顺.现代电子测试技术[M]，213-217，国防工业出版社，2008.2.
[5] 安广扶张楚衡，实用计量全书[M]，772-781，武汉出版社，1990.11.
[关键词]时间间隔 电子计数
中图分类号：F416.63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0349-01
引言：电磁信号的时间测量主要是指时间间隔的测量，时间间隔是起始信号和终止信号之间所经历的时间，广义上也包括周期测量。时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域起着非常重要的作用，因此提高测量时间间隔测量准确度是测量领域一直关注的问题。
1 时间间隔测量原理（如图1）
随着科学技术的发展，电子计数器的使用越来越广泛，特别是在时间间隔测量中，它已成为通用的测量设备。电子计数器通常由时基，控制单元，计数及显示单元等部分组成。
电子计数器机内晶振输出的信号（周期为T0）经分频倍频后，以脉冲列的形式（时基T0）通过主闸门进入计数器。由被测信号控制主闸门，而用时基脉冲进行计数。在时间间隔测量中设置了B，C两个输入通道，分别送出起始信号和终止信号去控制门控双稳电路以形成闸门信号。根据被测时间间隔TX内进入计数器的时标脉冲T0的个数N，得到两个被测信号之间的时间间隔Tx，即Tx=T0*N。
利用电子计数器的时间间隔测量功能既可以对周期信号进行测量，也可以对非周期信号进行测量，可以方便的实现脉冲宽度，上升时间，下降时间的脉冲参数的测量。例如要实现上升时间的测量，只需将脉冲同时接入B，C两个通道，B通道触发电平设置为信号幅度的10%（正极性），C通道触发电平设置为信号幅度的90%（正极性）。
2 时间间隔误差分析及减小办法
在测量精度要求不高的情况，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了广泛应用，测量时序图如图1：
引起电子计数器出现测量误差的因素很多，但是主要是量化误差、时基误差和触发误差三种误差。
A量化误差电子计数器在测量时间间隔时，在TX时间内对时基脉冲列进行计数，由于门控信号闸门开启时的瞬间相位与时基脉冲列之间相位关系是随机的，由于被测信号和闸门信号不同步，在计数过程中，在短时间间隔T1和T2处电子计数器可能会多（或少）計一个脉冲，这种±1误差通常称为量化误差，又称末尾读数不确定性。T1=NT0+T1-T2，当被测信号时间间隔Tx恒定的时候，提高时标信号频率，量化误差下降。
量化误差大小取决于时基脉冲列的频率，如果采用某种技术使被测信号和闸门之间完全同步，如采用多周期同步法，这时电子计数器总是显示一个固定数而不会出现末位±1的跳动。运用倒数计数器，内插技术，平均技术等能对T1和T2做进一步精密测量，从而提高测量准确度。
对量化误差T1和T2进行转换，通过测量其它物理量，比如幅度、相位而达到测量时间的目的，该类方法从根本上解决量化误差对测量精度的影响。现在用此原理减小误差的方法为时间-幅度转换法。
B时基误差除了量化误差之外，电子计数法还存在时基误差，由于测量时间间隔时所选用的时基的准确度产生的测量误差，时基一般由电子计数器内晶振分频倍频得到，即为时标误差，取决于时标信号的稳定度，因此时标误差将直接导致测量出现误差，晶振产生输出频率为fo时基信号，如分频系数为k则T=kTo=k/fo，而=-kfo/fo2，/T=-fo/fo，所以闸门时间准确度数值上等于时标信号的频率准确度，符号相反。
可以看出时基脉冲的频率越低，则测量精度越低。频率准确度要受到晶体振荡器的频率准确度，稳定度以及日老化率的影响，所以测量前后应对机内晶振频率进行校准，一般电子计数器内时基脉冲信号应比被测信号频率准确度高一个数量级，或者采用外接原子频标的办法来减小时基误差。
C.触发误差电子计数器测量时间间隔时，控制闸门开关的脉冲信号是由被测信号通过触发器形成的。当被测信号上叠加有噪声信号，以及触发器本身触发电平不稳定，造成与理想情况存在偏差，这种偏差即为触发误差。
经推导，开门时间的相对误差为±Un/2πUm，同理关门时间的相对误差也为±Un/2πUm，测量过程中可能出现的最大触发误差为开门关门两项触发误差之和为±Un/πUm，可见信噪比越大，触发误差就越小。
3 结束语
根据以上对时间间隔测量的原理介绍和误差分析，得出电子计数法具有测量范围广，容易实现，且能够作到实时处理的优点，但是由于存在量化误差，时基误差与触发误差，限制了其测量精度，因此研究人员也相继开发出内插法以及游标法、多周期测试法、时间-幅度转换法等多种方法，去减小量化误差、时基误差和触发误差，从而进一步提高了时间间隔测量的精度。
参考文献
[1] 孙杰，潘继飞，高精度时间间隔测量方法综述，计算机测量与控制[M]，145-147，2007.
[2] 李孝辉，杨旭海，刘娅.时间频率信号的精密计量[M]，103-125，科学出版社，2010.3.
[3] 刘国林，殷贯西.电子测量[M]，121-123，机械工业出版社，2003.1.
[4] 李立功，年夫顺.现代电子测试技术[M]，213-217，国防工业出版社，2008.2.
[5] 安广扶张楚衡，实用计量全书[M]，772-781，武汉出版社，1990.11.