CN208506128U - 单通道输入宽频带频率计数器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单通道输入宽频带频率计数器，包括显示器和中央处理器，其特征在于还包括一个宽频0.1HZ～6000MHZ的频率输入通道、分离出高低频段的阻抗匹配频段分离电路、低频通路及放大电路、整形限幅自动切换电路和高频通路及预分频电路。该计数器单采用了性价比很高的单片机及高精度的温补时钟源，开机不用预热就能正确工作，1KHZ以下的频率分辨率达0.001HZ，一个通道就能测量低至0.1HZ高达6000MHZ范围的频率测量，而且整个频率段不用人工开关切换，包括晶体振荡器的测量，精度高，自动识别，自动触发，自动切换。操作简单，并且整个电路简洁，体积小，可做成微型频率计，降低了成本。

Description

单通道输入宽频带频率计数器

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，尤其是频率计数器。

背景技术

目前，在通用频率计数测量方面的频率计数器上其一个通道所测量的频率范围是有限的，大多是用几个通道或是用开关来切换频段覆盖其产品所标的全部频率，或者是外加预分频附加设备来提高测量频率，这样的频率计数器在使用方面有些烦锁，且电路复杂，成本高，体积大，很难做到超低频到超高频都兼容的单通道频率计数器，特别是在0.1HZ到10HZ之间的频率与高频的兼容性，并且要预热20到30分钟才能正确工作，还有环境温度偏离预热温度越大它的准确性越低的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决频率计数器历来单一通道输入对超高频和超低频的兼容性问题，提供一种电路简洁、体积小、成本低和开机不用预热就能正常工作，只用一个输入通道就能实现0.1HZ-6000MHZ或更高频率的单通道输入宽频带频率计数器。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：

一种单通道输入宽频带频率计数器，包括显示器和中央处理器，其特征在于还包括：

一个宽频0.1HZ～6000MHZ的频率输入通道；

通过微分及积分的高通及低通自适应分流电路，并能适应相应输入阻抗，将从频率输入通道输入的频率，分离出高低频段的阻抗匹配频段分离电路；

一个宽频带积分低频通路及放大电路，把从阻抗匹配频段分离电路输入的频率符合低频段条件的小信号频率放大的低频通路及放大电路，输出的频率信号一路送到中央处理器作为识别信号，一路送到整形限幅自动切换电路；

一个微分高通电路与一个多级微波预分频电路连接，将从阻抗匹配频段分离电路输入的频率信号进行预分频的高频通路及预分频电路；

一路包括30KHZ-60MHZ基频晶体的晶体振荡电路，该晶体振荡电路所产生的频率一路送至整形限幅自动电路，另一路送至中央处理器，不用按任何按键晶体振荡器的频率自动显示在终端显示屏；

由一个三选一高低频切换电路和一个限幅放大器组成的整形限幅自动切换电路，对从高频通道、低频通道和晶体振荡器进入的信号进行整形限幅自动切换电路；

由闸门按键控制闸门时间和手动频段按键切换高低频段的电路；

一个包括有源晶体振荡器，温漂低高精度的温补时钟源。

闸门按键是用来人为切换闸门时间及计时计数。

手动频段按键是用来人为切换频段及频率周波。

本单通道宽频带频率计数器还包括电源及放置各电路和器件的壳体。

所述输入阻抗为50欧姆和1兆欧姆。

温补时钟信号源是一个有源晶体振荡器，通电就能产生时钟信号的一个独立的元器件，是一个高精度的温度补偿振荡器，温漂低，在25℃常温小于等于±1PPM误差，在-40℃到+80℃保持小于等于±2PPM范围内。

上述结构的单通道输入宽频带频率计数器单采用了性价比很高的单片机及高精度的温补时钟源，开机不用预热就能正确工作，时钟源能在-40℃到+80℃保持小于等于±2PPM范围内，在25℃常温小于等于±1PPM误差，1KHZ以下的频率分辨率达0.001HZ。一个通道就能测量低至0.1HZ高达6000MHZ范围的频率测量，而且整个频率段不用人工开关切换，包括晶体振荡器的测量，精度高，自动识别，自动触发，自动切换。操作简单，并且整个电路简洁，体积小，可做成微型频率计，降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型的方框结构示意图；

图2是壳体面板结构示意图；

在图中，频率输入通道1，阻抗匹配频段分离电路2，低频通路及放大电路3，高频通路及预分频电路4，整形限幅自动切换电路5，中央处理器6，晶体振荡器插入端7，振荡电路8，温补时钟源电路9，显示屏10，闸门按键11，手动频段按键12，面板13，电源开关14，频率输入通道端口15，晶体振荡器16。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明；

图1所示，是本实用新型的方框结构示意图，从图中可知，它包括频率输入通道1、阻抗匹配频段分离电路2、低频通路及放大电路3、高频通路及预分频电路4和整形限幅自动切换电路5、中央处理器/CPU 6、晶体振荡器插入端7和振荡电路8；还包括温补时钟源电路9、显示屏10、闸门按键11、手动频段按键12和面板13。图2所示，是壳体面板结构示意图，在面板13上设有显示屏10、闸门按键11、手动频段按键12、电源开关14、频率输入通道端口15和晶体振荡器插入端7。显示屏10用于显示频率计数器所测量的信号频率，闸门按键11可以人工选择闸门时间，手动频段按键12用于切换测量低频段或高频段，电源开关14用于控制频率计数器的电源，频率输入通道端口15就是频率输入通道1的信号输入端口，用于输入需测量的频率信号；晶体振荡器插入端7用于与外接晶体振荡器16。其中：

频率输入通道1采用SMA同轴射频连接器作为频率输入通道接入口，其特点是高频特性好、低损耗，适应频率范围为0.1HZ～6000MHZ。

阻抗匹配频段分离电路2采用微分及积分的高通及低通自适应分流电路，其作用为阻抗匹配及高低频分离。能适应50欧姆和1兆欧姆阻抗输入，使高频段30MHZ-6000MHZ和低频段0.1HZ-180MHZ分离后分别处理。在实际电路中，高频段和低频段的测试频率是可以重叠的，由CPU自动检测符合高频段条件则属于高频段，符合低频段条件的优先属于低频段，因为低频段的分辨率高，所以低频段优先读取，比如30MHZ-180MHZ频率其幅度达不到低频段的要求，及含有其它低频率成分较多，在低频通道检不到这个频率段的频率，或检测不到稳定的正确频率，则CPU6自动切换到高频段通路，由于高频通路的高通特性好，把低频干扰成分虑掉了，所以在高频段能读到低频段范围的频率。同样，如果高频段30MHZ-180MHZ的频率幅度及阻抗要求符合低频段的条件，它就自动优先在低频段通道读出频率，所以符合单通道宽频带的定义。

低频通路及放大电路3为宽频带积分低通放大电路；其作用是把低频段频率的小信号放大，并一路送到CPU作为识别触发信号，一路送到整形限幅自动切换电路。

高频通路及预分频电路4是一个微分高通电路，低于30MHZ的频率有着很陡的陷波曲线，连接高通电路是一个多级微波预分频电路，最高分频频率取决于芯片的型号，比如HMC365可达13000MHZ、ZL40815可达10000MHZ、ZL40802可达6000MHZ等等，预分频后送到整形限幅自动切换电路，CPU自动识别读取。

整形限幅自动切换电路5由一个三选一高低频切换电路和一个限幅放大器组成；其作用为集高频通道、低频通道、晶体振荡器的信号，等待CPU6优先读取晶体振荡器的触发信号，再读取低频通道的触发信号，两者都没有信号时，高频通道的信号由CPU6直接控制直通CPU6处理，当低频通道信号正确触发CPU6时，CPU6控制低频段信号进入CPU6处理，又当晶体振荡器有触发信号时，最优先级切换到晶体振荡信号。

中央处理器/CPU6是整个仪器的核芯结构，当有软件支持后它能自动处理来自各方面的数据，并能读取处理高达180MHZ的频率。

晶体振荡器插入端7是一个三针孔两频段的振荡器接入口，分30KHZ-1.5MHZ和1.5MHZ-60MHZ频段的晶体振荡器，分别插入对应的插孔。

振荡电路8是一个三级与非门宽频振荡电路；当不同频段的晶体振荡器插入时，它能产生相应的振荡频率，把振荡频率一路送到CPU6，一路送到整形限幅自动切换电路。

温补时钟源电路9是一个高精度有温度补偿的有源振荡器，温漂低，在25℃常温小于等于±1PPM误差，在-40℃到+80℃保持小于等于±2PPM范围内；是通电就能产生时钟信号的独立元器件的温补时钟信号源；其作用是给中央处理器/CPU6提供高稳定的时钟信号。

显示屏10是一个由8位数字组成的终端显示器，把测到的频率值和频率的单位显示出来。

闸门按键11可以人工选择闸门时间0.1秒、1秒、10秒、30秒等，自动模式默认闸门是1秒，长按3秒转入计数功能。

闸门按键11不用人工切换/控制时是全自动模式，用闸门按键11和频段按键12时是手动模式，闸门是控制读频率的时间，人工控制时可以选择多个时间，自动控制（切换）时是固定1秒时间。手动按键12是由人工选择频段，其好处是：比如30MHZ-180MHZ的频率，如果中央处理器6自动识别为高频段的话则分辨率较低，人为把它从低频通道读30MHZ-180MHZ的频率分辨率就大大提高。

手动按键12是人为切换测量低频段或高频段的功能，低频段可测量0.1HZ到180MHZ的频率，高频段可测量30MHZ到6000MHZ的频率。其中，1KHZ以下的频率分辨率为0.001HZ ，1KHZ-180MHZ的分辨率为1HZ,高频段30MHZ到6000MHZ,分辨率为100HZ，手动按键目的是用在频率复杂的场合使用，并具有提升信噪比的作用，长按此按键3秒转为读频率的周期时间。

本实用新型的工作原理为：

本单通道输入宽频带频率计数器的频率输入通道1，是一个输入0.1HZ-6000MHZ的频率信号的通道并能测量，其中，输入0.1HZ-100MHZ信号时要求输入阻抗为1兆欧姆；输入100MHZ-6000MHZ时要求输入阻抗为50欧姆；内部自动分为两大段频率处理，0.1HZ到180MHZ为低频段，30MHZ到6000MHZ为高频段，通过外接探头连接到被测频率信号，从频率输入通道1输入后，频率信号送到阻抗匹配频段分离2，它兼容高低阻抗、兼容高低频频率，如果是低频段频率0.1HZ-180MHZ信号（视30MHZ-180MHZ的高频段频率性质，随机切换成低频LF段)，则自动通过低频通路前级放大电路3后，一路信号通过和整形限幅自动切换电路5，低频通路前级放大电路3能放大及处理带宽在0.1HZ到180MHZ的频率信号，另一路信号提供给中央处理器6，作为识别触发信号，中央处理器6接到识别触发信号后，再选择相应的频段通道，接入相应的频段频率信号，再由中央处理器6处理相应的数据，转成实际频率值显示在显示屏10上。如果是高频段30MHZ-6000MHZ频率信号（视30-180MHZ的低频段频率性质，随机切换成高频HF段，也就是说30MHZ-180MHZ的频段信号是由它的频率性质、幅度和信噪比来决定的，符合低频段的条件，作为低频段优先显示，否则作为高频段显示），则通过高频通路及预分频电路4可对30MHZ-6000MHZ频率进行预分频，再接入到整形限幅自动切换电路5，然后输入中央处理器6，处理相应的数据，转成实际频率值显示在显示屏10。

测晶体振荡器基频频率，从晶体振荡器插入端7插入的无源两脚晶体振荡器，插入端7适应30KHZ-60MHZ范围的晶体振荡器的测量，分30KHZ-1.5MHZ和1.5MHZ-60MHZ三个插孔分别两组位置插入，插入的晶体振荡器通过三级与非门宽频振荡电路8产生相对应的频率后，一路送往整形限幅自动切换电路5，另一路接入中央处理器CPU6作为识别信号，CPU能自动识别自动切换该功能，由中央处理器6选择相应的功能频段通道，接入相应的频段，再由中央处理器6处理相应的数据，转成实际频率值显示在显示屏10。温补时钟源9采用TCXO温补有源晶振，温度在-40℃到+80℃时误差小于等于±2PPM，温度在25℃时误差小于等于±1PPM。整个仪器的稳定性就取决于这个高精度时钟源，仪器开机不用预热，整个过程属全自动模式不需人工切换，测晶体振荡器优先显示，如果正在测频率过程中插上晶体振荡器自动会转到晶体振荡器的频率值，拔出晶体振荡器自动恢复测频率值，做到全自动智能化。

实施例一：有一套设备待检测，其开机30秒后自动关闭电源，也就是说当起动电源后CPU在30秒内接收不到4个信号全部反馈回来，就不能执行下一步的正常程序运行而自动关闭电源，一路信号是高频100MHZ，一路是32.768KHZ，一路是10HZ脉冲,还有一路是4G射频信号，如果是用传统的频率计测量，10HZ和32.768KHZ可以共用一个通道共一个挡位，而100MHZ频率又是用另一个通道，既要换通道还要选择挡位才能测，4G射频信号就更麻烦了，得外加附加射频分频器了，这样一折腾，时间也就过了一两分钟了，所以30秒内无法测到4个信号，这样的频率计要想快速判断问题所在是不可能的。

用本单通道输入宽频带频率计数器测量一个测试点约2秒就能读到正确的值，只要换测试点不耽误太多时间，4个测试点总时间不会超过20秒，因为不管是低频10HZ还是射频4G信号都是用一根测试线，同一个通道输入，不用人为切换挡位，自动识别，自动切换，这就是单通道输入宽频带频率计的其中一大特点。

实施例二：当频率计作为频率监测用时，也就是正在测量频率中，我想测一个晶体振荡器的好坏，不用人为去切换任何功能，直接把晶体振荡器插入测试端口7即可，晶体振荡器的值自动优先显示，拔出晶体振荡器自动恢复显示被监测的频率，方便及人性化。

实施例三：测量一个170MHZ频率的稳定性，大多低价位的频率计在100MHZ以上的频率分辨率只有1K或100HZ，无法观察到小数点后6位即1HZ的频漂变化，因为它用的是普通晶体振荡器，对于用普通晶体振荡器做时钟源，170MHZ频率显示到1HZ分辨率是毫无意义的。

用本单通道输入宽频带频率计数器测量，如果170MHZ被测信号的信噪比高，自动识别为低频段，直接读出分辨率为1HZ的170MHZ频率，如果170MHZ被测信号阻抗和信噪比不符合低频通路自动识别条件的，可以用人工模式切换到低频段也得到同样的效果1HZ分辨率，这都归功于温补时钟源高精度高稳定特性。

Claims (8)

1.一种单通道输入宽频带频率计数器，包括显示器和中央处理器，其特征在于还包括：

一个宽频0.1HZ～6000MHZ的频率输入通道；

通过微分及积分的高通及低通自适应分流电路，并能适应相应输入阻抗，将从频率输入通道输入的频率，分离出高低频段的阻抗匹配频段分离电路；

一个宽频带积分低频通路及放大电路，把从阻抗匹配频段分离电路输入的频率符合低频段条件的小信号频率放大的低频通路及放大电路，输出的频率信号一路送到中央处理器作为识别信号，一路送到整形限幅自动切换电路；

一个微分高通电路与一个多级微波预分频电路连接，将从阻抗匹配频段分离电路输入的频率信号进行预分频的高频通路及预分频电路；

一路包括30KHZ-60MHZ基频晶体的晶体振荡电路，该晶体振荡电路所产生的频率一路送至整形限幅自动电路，另一路送至中央处理器，不用按任何按键晶体振荡器的频率自动显示在终端显示屏；

由一个三选一高低频切换电路和一个限幅放大器组成的整形限幅自动切换电路，对从高频通道、低频通道和晶体振荡器进入的信号进行整形限幅自动切换电路；

由闸门按键控制闸门时间和手动频段按键切换高低频段的电路；

一个包括有源晶体振荡器，温漂低高精度的温补时钟源。

2.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

闸门按键是用来人为切换闸门时间及计时计数。

3.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

手动频段按键是用来人为切换频段及频率周波。

4.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

本单通道宽频带频率计数器还包括电源及放置各电路和器件的壳体。

5.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

所述输入阻抗为50欧姆和1兆欧姆。

6.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

温补时钟信号源是一个有源晶体振荡器，通电就能产生时钟信号的一个独立的元器件，是一个高精度的温度补偿振荡器，温漂低，在25℃常温小于等于±1PPM误差，在-40℃到+80℃保持小于等于±2PPM范围内。

7.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

1KHZ以下频率的分辨率为0.001HZ,1KHZ-180MHZ频率分辨率为1HZ。

8.根据权利要求1所述的单通道输入宽频带频率计数器，其特征在于：

自动模式下对从频率输入通道输入的高低两段频率和晶体振荡器进入的频率自动识别、自动触发、自动切换。