什么是频率计？频率计数器工作原理、种类和品牌

频率计的基本工作原理是:在一个精确的已知时间门控范围内，统计输入信号的周期个数，然后根据周期个数和已知时间的比值计算出被测信号的频率。

具体来说，它由时基产生精准的时间基准信号，再由门控电路在一个精确的时间区间内开通，输入信号经过波形整形电路进入计数器，计数器在此时间范围内对输入信号的周期个数进行累计。最后由微处理器根据计数值和时间范围计算出频率数值并显示。

根据频率计的测量原理、功能特性等不同，可以从几个维度对其进行分类:

按测量方法分类

反向计数频率计

利用已知稳定的高频时钟源，对输入信号的周期进行反向计数，根据计数值推算频率。这种方式测量范围宽，但对低频信号分辨率较差。

这种频率计的工作原理是:将被测信号的周期个数与已知的高精度时钟源进行比较，得出被测信号的频率值。它的优点是频率测量范围大，通常可覆盖从直流到数百MHz。但对于较低频率的信号，其分辨率和准确度相对较低。

反向计数频率计的典型结构包括:高精度时钟源、控制时基、控制计数器、数据处理等模块。一些高端型号可实现较高分辨率，通过频率实现自动换算等功能。

直接采样频率计

利用高速定时计数器，直接对输入信号进行采样计数，通过采样个数推算出频率。这类频率计数器对高频信号测量效果好，但测量范围较窄。

这类频率计是直接对输入的周期信号进行高速采样，根据采样周期数计算频率值。其优势在于对高频信号的测量效果好，可实现高精度和高分辨率，但频率测量范围相对较窄。

直接采样频率计数器内部包括高速采样通道、存储器、时钟源和控制电路等模块。测量过程中，被测高频周期信号先送入带通或低通滤波器，再经波形整形电路后被高速采样电路进行采样，最后根据采样数据计算出频率值。

频率换算频率计

先将被测高频信号经过预分频电路转换为较低频信号，再进行频率测量。这类频率计可兼顾较宽带率范围和较高分辨率。

这种频率计内部集成了预分频电路，可将较宽频段的测量信号级联为较低频率的信号，再送入基本的反向计数或采样计数电路进行频率测量。

频率换算频率计的优点是可实现较宽的频率测量范围，同时分辨率和准确度也相对较高。它广泛应用于通信、雷达、航空等领域对中高频信号的精确测量。

按特性分类

基本频率计

只具备基础的频率测量功能，性能一般，适用于对频率没有特殊要求的场合。

通用频率计

集成多种测量模式和功能，如频率、周期、周率等测量，满足通用频率分析需求。

专用频率计

针对特定应用场景定制开发，具有一些专门的技术指标或测量功能。如通信频率计、距离频率计数器等。

频率计作为精确测量信号频率的专用仪器，在现代电子系统中有着广泛的应用。主要应用领域包括:

通信与无线电领域

在无线通信系统中，频率计被用于监测和校准发射机和receiv机的工作频率，避免频率偏移。手机通信基站、航空航天通讯等领域对频率要求极为严格，都离不开频率计。

雷达与导航领域

雷达设备的发射机和本振器频率必须精确校准，频率计用于监测和维持其在正确的工作频率运行。此外，导航设备对同步时钟和时间基准也有非常高的频率要求。

标准计时与校准

频率计是原子钟、石英钟等高精度时钟的必备校准设备。通过计算频率偏差来修正时钟的计时精度。这些时钟在导航、通信和科学实验等领域使用广泛。

音频视频测量

音频和视频设备的采样频率必须准确无误，任何小的频率偏移都会导致画质和音质下降。频率计用于测试和校准这些系统中的采样时钟。

电子产品测试

电子产品研发和生产过程中，需要频率计对振荡器、时钟源等关键元器件的频率进行校准和测试，确保整机工作正常。频率计也是上市前最后的产品质量把关环节。

其他领域

频率计广泛应用于物理、化学、生物等科学研究领域，测量实验中出现的各种周期信号频率。工业生产自动控制领域，也需通过频率计监测主控制时钟频率。

频率计需要针对不同的频率范围采取不同的测量技术和方法，以获得理想的测量性能。我们分别介绍一下各个频段的测量技术:

低频频率测量

对于低于1MHz的低频信号测量，通常采用反向计数的方式。将被测信号的周期信号送入反向计数器进行计数，再根据高精度时钟计算频率值。

这种方法的优势是电路设计简单，抗干扰能力强。但对于极低频(如Hz量级)信号，由于需要较长的计数门，会影响测量分辨率和响应速度。

中频频率测量

针对1MHz到500MHz左右的中频范围，大多数频率计会采用预分频+反向计数的方式。通过预分频电路将被测中频信号先分频至较低的中间频率，再送入反向计数电路进行测量。

这样测量范围更宽，同时可实现较高的测量分辨率和准确度。但预分频电路设计精度要求较高，存在一定的失真和频率漂移风险。

高频频率测量

对于500MHz到数GHz的高频甚至微波频段信号，为降低预分频环节带来的影响，一般采取混频或采样相位测量等技术路线。

例如可以先通过合适的混频器，将被测高频信号与本振信号混频产生中间频信号，再对中间频进行预分频和计数。或者通过高速相位采样、FFT频谱分析等方式直接获取频率值。

这种技术可实现较高频率的精确测量，但电路较为复杂，对谐振器和混频器的相位噪声影响较敏感。

毫米波和太赫兹频率测量

当进入毫米波和太赫兹频率范围时，传统的预分频和混频方式已难以实现。这时一般采用光梳技术、光学采样和时间精确数字化技术。

例如将被测高频信号与相干的模式锁定雷射光脉冲序列进行混频，产生可测量的光学脉冲列，记录到数字储存系统后通过脉冲间隔提取频率信息。

这类技术需要复杂的系统构建，目前主要用于科研领域的超高频频率测量。随着技术发展，未来可能会逐步实现商业化应用。