頻率計，全稱頻率計數器，是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。
頻率計的工作原理
在一個測量周期過程中，被測周期信號在輸入電路中經過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個輸入端。主門的另外一個輸入端為時基電路產生電路產生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進入計數器進行計數，計數器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實現測量設置。
頻率計的應用范圍
在傳統的生產制造企業中，頻率計被廣泛的應用在產線的生產測試中。頻率計能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計能夠迅速的發現有故障的晶振產品，確保產品質量。
在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設備的本地振蕩器進行校準。
在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鐘進行校準，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調制信號進行分析。
有效使用安捷倫頻率計數器的5項提示
計數器是一種即插即用的儀器，從外表來看相當簡單。您只需把信號接到輸入端，數字顯示就會告訴您頻率或其它參數。但要得到最好的結果，無論是對于測試速度還是測試質量，設置計數器的測量是很重要的。
選擇最好的計數器
首先是選擇最符合您測試需要的計數器。以下是幾種適用于不同頻率范圍測量任務的計數器:
• 通用計數器 可進行頻率和時間間隔, 以及一些相關參數測量。
• 射頻頻率計數器 進行達3GHz或更高的精確頻率測量。
• 微波頻率計數器 進行達40GHz或更高的精確頻率測量。
• 時間間隔分析儀 最適合進行精確的時間間隔測量。
• 調制域分析儀 專用于顯示調制量，如頻率-時間，相位-時間和時間間隔-時間。
提示1：認識分辨率和精度的差別
認為顯示位數越多的測量結果越精確的想法也許并不正確。通常犯的一個錯誤就是把分辨率和精度看等同起來。它們的確相互聯系，但卻是不同的概念。
計數器的分辨率是指計數器能夠在相近頻率中檢測的最小變化量。在所有其它情況均相同時（如測量時間和產品成本），位數是越多越好 ── 但您看到的顯示位數必須得到精度的支持。當其它誤差使計數器的分辨能力偏離真實頻率時，其位數并無實際意義。也就是說計數器提供的可能是對不正確頻率的非常精確讀數。
精度由隨機誤差和系統誤差確定。隨機誤差是分辨率不確定度的來源，它包括:
• 量化誤差 計數器測量時，最后一位有效數字存在±1的不確定性。產生原因是內部時鐘頻率和輸入信號間的非相干性。
• 觸發誤差 輸入信號的噪聲或來自計數器輸入通道的噪聲都可能引起噪聲毛刺觸發。
• 時基誤差 時基振蕩器頻率和其標稱頻率的不同都會直接導致測量誤差。
系統誤差是測量系統讀數對信號實際頻率的偏離。包括老化、溫度和線電壓變化對時基晶體的影響。
圖 1 中比較了兩臺計數器。計數器 A 有好的分辨率但系統誤差較大，計數器 B 分辨率差但系統偏移誤差較小，結果是在大多數情況下，計數器 A 顯示結果的精度要比計數器 B 低。
圖 1. 分辨率—精度簡圖。系統誤差與時基使顯示頻率偏離實際頻率。隨機誤差產生一個頻率
范圍，計數器不能區分此范圍內的不同信號。
提示2：理解計數器的測量方法
頻率計數器分成兩類：直接計數和倒數計數。理解這兩種不同方法的影響將幫助您選擇最佳的計數器并正確地使用計數器。
直接計數器簡單記錄已知周期（選通時間）的信號循環次數。所得到的計數直接送至計數器的讀出顯示。
這種方法既簡單又便宜，但也意味著直接計數器的分辨率固定為Hz。例如，對于1s的選通時間，計數器能檢測到的最低頻率為1Hz（根據定義，1s內信號循環一次為1Hz）。因此如果您正在測量10Hz信號，對1s選通時間的預期最好分辨率為1Hz，或2位顯示。對于1kHz信號和1s選通，您能得到4位。100kHz信號為6位，依此類推。圖 2表明了這一關系。還應注意直接計數器的選通時間只能選為1s的十倍數或十分數，這也限制了您的測量靈活性。
與之相反，倒數計數器測量輸入信號的周期，然后將周期取倒數得到頻率。鑒于其測量體系結構，對于給定的選通時間，所得到的分辨率為顯示位數（而非Hz）。也就是說倒數計數器永遠顯示同樣的分辨率位數，而與輸入頻率無關。注意對于特定的選通時間，您將看到按位數規定的倒數計數器分辨率，如“每秒10位”。只需查看頻率分辨率指標，您就能確定是直接計數器還是倒數計數器。如果分辨率以Hz表示，就是直接計數器。如果用位∕秒表示，就是倒數計數器。
計數器行業規定的標準化測量是相對于1s選通時間。圖3比較直接計數器和倒數計數器的分辨率。在較低頻率時，倒數計數器有明顯的優勢。例如對于1kHz，直接計數器給出1Hz的分辨率（4位）。而10位∕秒的倒數計數器給出1μHz（10位）的分辨率。即使精密分辨率不是您的主要要求，倒數計數器還具有速度優勢：倒數計數器在1ms時得到1mHz分辨率，而直接計數器卻要花整整1s，才能得到1Hz分辨率（圖4）。倒數計數器也提供連續可調的選通時間（不只是十進制步進），因此您能以最少的時間得到所需要的分辨率。
圖 2. 直接計數器顯示的位數 — 頻率 (對于1s選通時間)
圖 3. 比較直接計數器和倒數計數器的分辨率 (對于1s選通時間)
圖 4. 這里是10位/秒倒數計數器不同分辨率所需要的選通時間
選擇也依據性價比。如果您對分辨率沒有嚴格要求，也不太關心速度，那么直接計數器就可能是經濟的選擇。而對于快速和高分辨率測量，則應選倒數計數器。
提示3：為滿足性能要求進行定期校準
校準計數器的頻度由幾項因素決定。
• 時基類型
• 計數器在測量期間經受的條件
• 測量需要多高的精度
校準并非一個簡單問題，通常與計數器精度直接相關。您在顯示器上看到的測量質量取決于四個因素:
1. 時間不變的計數器性能因素(如提示 3 中討論的時基溫度穩定性)
2. 時間變化的計數器性能因素(如時基的老化率）
3. 輸入信號純凈度和噪聲級
4. 計數器設置和配置
第2項是校準所扮演的角色。盡管計數器是測量電信號的電子儀器，但作為每臺計數器時基心臟的石英晶體卻是一種機械元件。由于晶體是機械元件，因此在受到各種物理擾動時會改變它的振動頻率，并進而影響計數器精度。這些不同擾動的累積效應即晶體的老化，校準計數器即是對老化的補償。
老化是一項容易預測和能通過校準得到補償的因素。您可通過查看計數器的老化率指標確定何時需要校準。
例如: 如果老化率為 4×10-8∕天。在校準后的第300天，老化將在總精度計算中增加1.2×10-5的時基誤差。如果該不確定度（對于1 MHz信號為±12 Hz）加上其它固有誤差對您的測量是可接受的，您就不需要校準。否則就要校準。
提示4：進行最精確的測量
• 選擇最好的待命模式
如果您要進行快速的測量，一種簡單方法是使用頻率計數器的自動待命模式。但在四種典型待命模式(自動、外部、時間和位)中，自動模式的精度最低。您可通過增加外部、時間，或位待命模式的選通時間改進分辨率和系統不確定度(如提示 2 所述，兩者都是測量誤差的組成部分)。
• 使用最好的時基和經常進行校準
時基的質量和校準的頻度將影響您的測量質量。對于大多數應用，您需要兼顧精度、時基質量和校準周期。如果購買的是較高質量的時基，就可適當延長校準周期。如果頻繁地校準，較便宜的時基就也能達到您的精度要求。時基不需要放在計數器中，可用外部精密頻率源和時基改進測量精度。
• 保持計數器時基溫度
如我們在提示 3 中討論的，大多數精密頻率計數器都使用溫度補償頻率振蕩器(TCXO)或恒溫槽控制頻率振蕩器(OCXO)。保持頻率振蕩器的連續通電將避免輸出頻率的變動。振蕩器斷電，即使是很短時間的斷電，在回到穩定頻率前也會有波動。為保證最穩定的晶體工作:
• 把計數器放在不會被拔掉電源的位置，使儀器在開機模式和待機模式間交替。
• 在校準時基時，要把校準設備拿到計數器處，而不是相反，因此不必給儀器斷電。
• 保護頻率計數器免受搬移和溫度變化也將改進它的穩定性。
當您斷開計數器電源時，即使是短暫的，老化率也要按天數重新開始計算。
• 監視觸發電平定時誤差
在您進行定時測量(時間間隔，脈沖寬度，上升時間，下降時間，相位和占空比)時，需要考慮觸發電平定時誤差的影響。有幾項需考慮的因素: 觸發電平電路的分辨率和精度，輸入信號在觸發點的斜率，以及輸入滯后帶的寬度。
為減小這些影響，應在正弦波或方波信號的偏置值處觸發。這樣能得到最大斜率，也把滯后帶誤差減到最小。如果您進行的是偏置至偏置測量(如整個周期，兩信號間 0°相位)，那么滯后窗效應可能被抵消。應注意大多數計數器都最適合 0 V 觸發電平設置。
• 如有可能，把所有時基鎖定到單一時鐘
兩個獨立時基間產生的偏離和/或抖動將增加誤差。使用獨立時基就像是觀看視頻和聲頻通道在不同的系統上的電影。在電影開始時，聲頻和視頻可能同步，但隨著時間推移，兩者差距越來越大。在使用現代測試和測量設備的應用中，這種偏離不能忽略的。
提示5：進行最快的測量
您可以配置現代頻率計數器，以得到每秒數百次的讀數，這對于表征隨時間變化的信號是非常有用的。應記住頻率計數器最適合測量穩定，或慢變化的信號。還應記住為獲得精確讀數，得到一個好的讀數比平均大量讀數更好。
• 把計數器設置到已知狀態
在發送復位命令后，儀器返回到就緒狀態前最好不要發送其它命令。對于大多數儀器返回就緒狀態，程序中增加一秒的等待或延遲就足夠了。儀器有可能丟失復位時接收的命令。
• 設置與儀器使用數據類型一致的輸出格式
這將避免后處理期間因轉換數據格式造成的延遲。
• 禁用所有后處理和打印操作
當您禁用這些功能時，處理器就能把它的資源用于讀數和把讀數送至計算機，而不是用來響應額外的中斷，例如更新顯示。
• 配置預期頻率
Agilent 53100 系列計數器能按您的測量頻率優化配置。實際被測信號必須在您命令中提供值的10[[[[%]]]] 內。
• 設置觸發電平
當輸入信號通過命令中的電平設置值時，就建立了觸發條件。把觸發電平設置在信號的最大斜率處，從而把滿足觸發條件的時間量減到最小。正弦波或方波在過零時(假定為 0V 偏置)有最大的斜率。
• 把觸發設置為立刻讀數
當儀器使用雙電平觸發時，在得到讀數前必須同時符合這兩個觸發條件。設置觸發待命條件，以立刻滿足第一級觸發電平。
