在電子技術領域中，信號頻率的測量是我們經常會遇到的問題，示波器和頻率計均可以實現頻率測量，那么究竟哪種方法的測量結果更為準確呢？下面優測科技將就這兩種方法的測量原理和區別來做一些說明：

目前市面上大多數頻率計是采用的10位或者12位/秒的頻率分辨率，測量精度較高，測量頻率范圍廣。而示波器測量頻率往往受到其本身帶寬、采樣率等方面的制約，使得它所能測量的頻率有限，且測量精度不高，但它在頻率測量方面的優點是不可忽視的，它的波形和頻率測量值在同一屏幕顯示，還可以通過觀察波形的周期自行計算，給人以直觀的感受。波形圖片還可以存儲，導出，相當方便。并且數字示波器還帶有簡單的頻譜分析功能，可以顯示信號頻譜。

一、示波器測頻率

示波器被稱為工程師的眼睛，是時域上觀察信號不可或缺的工具。現在普及的絕大多數是數字示波器。數字示波器的本質是將待測的模擬信號轉換為離散的采樣點，點和點通過某種方式相連組成了示波器屏幕上的波形。根據屏幕上的波形，示波器采用軟件編程的“算法”來計算波形的相關參數。

頻率是任何一臺數字示波器都具有的測量參數，是周期的倒數，表示信號在單位時間（1秒）內變化的次數,通常用f表示，基本單位是Hz，1Hz表示每秒變化一次。 數字示波器測量頻率的算法是怎么來的呢? 理解這個算法就理解了示波器測量頻率的準還是不準的誤差源。）

主流的數字示波器對頻率進行測量算法是按周期的倒數來計算的。先計算出周期，再計算出頻率。 示波器計算周期的算法是：計算出信號這個上升沿幅值50%的點到相鄰下一個上升沿幅值50%的點之間的時間間隔。因此，示波器要先獲得50%的點。要得到50%的點，必然需要確定幅值，那么我們就需要理解示波器測量參數的一算法：確定高電平和低電平

峰峰值表示所有采樣樣本中的大樣本值減去最小樣本值，這好理解，在示波器算法中也好實現; 而幅值表示被測信號的“高電平”減去“低電平”。高電平和低電平分別在哪里？ 這就需要定義算法。這個算法的確定將不只是直接影響到“幅值”這個參數值，還將影響到絕大多數水平軸的參數值，如上升時間,下降時間，寬度，周期等，因為水平軸的參數要依賴于垂直軸的參數。

不同示波器廠商給出的“高電平”和“低電平”算法可能不盡相同，但都會采用公認的IEEE定義的算法。

由于周期的測量結果依賴于樣本數的多少，因而時基不同時，得到的頻率和周期會有一定的誤差。而硬件頻率計測量并不依賴于這些算法，所以我們可以觀察到，在時基變化的過程中，硬件頻率計的測量結果為49.026MHz,幾乎是沒有變化的。

二、頻率計測頻率

在傳統的信號分析中，示波器測量頻率時精度較低，受制于諸多因素，隨機誤差較大，頻率計受的制約比較小，精度高、誤差小，其測量頻率一般有三種方法，分別是直接測頻法、測周期法、等精度測頻法。

1、直接測頻法

由時基振蕩器產生的標準時基信號經過分頻作為閘門觸發器的標準參考，信號經過整形之后變為脈沖進入閘門，依靠閘門觸發器對脈沖進行計數。當閘門寬度為1s時直接從計數器讀出的數就是被測信號的頻率，即每一秒閘門中有多少個脈沖通過，并不關注這些脈沖信號來到的早晚和規律（亦即信號波形細節）。

直接測頻法的實質就是記錄在確定閘門開啟時間T內待測信號經過整流后的脈沖個數N，通過這兩項數據可計算待測頻率fx：

閘門的開啟時刻與脈沖進入之間的時間關系是沒法確定的，在圖中我們可以看出，相同的閘門開啟時間T內，計數脈沖的個數可能是7也可能是8，存在著±1的計數誤差，這是頻率量化時帶來的誤差，故又稱為量化誤差，其表示為，相對誤差表示為：

這種測量方法中閘門開啟時間T為確定值，測量的精度主要取決于計數誤差。對于1s 的閘門， ±1 計數誤差為±1Hz，其相對誤差為（±1/fx）*100%，可見，頻率越大， 相對誤差越小。所以此種方法更適用于測量高頻信號，而非低頻信號。

2、測周期法

利用被測信號經過整形電路的脈沖信號作為閘門觸發器的標準參考，對標準時基脈沖進行計數。當閘門寬度剛好是一個被測信號周期Tc時直接從計數器讀出的數值（也就是標準時基脈沖的個數）就是被測信號的周期值。

此法的實質是在待測信號的一個周期Tc（確定值）內，記錄標準時基信號脈沖個數 N,其數學表達式為（T為標準時基周期）：

N的誤差為±1，其相對誤差與直接測頻法類似，表示為：

相對誤差隨著被測信號周期Tc的增大而降低，故此法適于測低頻（周期大）而不適于測高頻（周期小）的信號。

等精度測頻：等精度測頻方法也是利用閘門對被測信號脈沖計數，是直接側頻法的延伸，不過其閘門開啟時間不是確定的值，而是利用了一定方式使得閘門時間始終為待測信號周期的整數倍，因此，有效避免了對被測信號計數所產生的±1誤差，不會出現高頻精度高，低頻精度差的現象，達到了在整個測試頻段的等精度測量。

兩個計數器（相當于兩個閘門，分別是被測閘門Nx和標準閘門Ns）同時對被測信號和標準時基脈沖進行計數。在整個測量過程中，首先給出預制閘門開啟信號（預置閘門上升沿），此時兩個計數器并不開始計數，而是等到被測信號的上升沿到來時，計數器才真正開始計數。

預置閘門關閉信號（下降沿）到時，計數器并不立即停止計數，而是等到被測信號的上升沿到來時才結束計數，完成一次測量過程。實際閘門時間τ與預置閘門時間τ1并不相等，設在一次實際閘門時間τ中計數器對被測信號的計數值為Nx，對時基信號的計數值為Ns，被測信號頻率為fx，標準時基頻率為fs，則有：

由于fx計數的起始和停止時間都是由該信號的上升沿觸發的，在閘門時間τ內對fx的計數Nx無誤差（τ=NxTx）。若忽略時基信號頻率fs本身的誤差（晶振產生的誤差），此時等精度測頻的主要誤差來源于對標準頻率計數的誤差()，相對誤差為：

由上式可以看出，測量頻率的相對誤差與被測信號頻率的大小無關，僅與閘門開啟時間τ和標準信號頻率fs有關,說明了在整個頻段的測量精度是等同的。

三、結語

一般來說，軟件測量結果是通過對當前屏幕顯示的波形數據進行運算得來的，通常只能提供4位左右的有效數字，測量精度也被限制在4位左右。而硬件頻率計則是用硬件電路直接對被測信號邊沿進行計數從而得到精準的頻率結果，因此硬件頻率計的頻率測量精度通常遠遠高于軟件測頻法。

但如果就憑借這樣簡單的推測就認為硬件法一定優于軟件法也是不確切的，一旦信號中有許多噪聲疊加時，因為其觸發沒有規律可言，硬件頻率計的顯示結果會不斷地跳動，無法捕捉其真實測量結果。而此時運用軟件法從采集存儲器當中截取出來的波形，由于采樣的波形經過了濾波，噪聲對其的影響相對較小，測量結果相對準確一些。

可以看出，噪聲引起的一些毛刺被誤認為是信號的上升沿和下降沿，整流時脈沖個數發生了變化，從而引起計數誤差。所以在測量的時候，用戶需要根據實際情況來選擇合適的測量方式進行測量。