Zeit bzw. FREQUENZMESSUNG

Präsentation zum Thema: "Zeit bzw. FREQUENZMESSUNG"—  Präsentation transkript:

1 Zeit bzw. FREQUENZMESSUNG

2 Frequenzmessung Frequenz und Zeitmessungen werden auf die Bestimmung einer Periodendauer, beziehungsweise auf die Zählung von Pulsen eines stabilen Generators zurückgeführt. Zeit und damit auch Frequenz ist die am genauesten bestimmbare physikalische Größen. Messung von Zeit oder Periodendauer U ein Abbildung zeigt die Messung einer Zeit oder einer Periodendauer. Die Eingangsspannung wird in eine Rechteckspannung übergeführt (durch eine Triggerstufe). Diese Rechteckspannung steuert das Tor (AND-Gatter), das die Taktimpulse eines stabilen Oszillators auf einen Zähler und damit auf eine Anzeige schaltet. Die Periodendauermessung ist umso genauer, je länger die Periodendauer ist. Wenn die Taktfrequenz f0 ist und die Periodendauer t, dann gilt für die Auflösung e

3 Frequenzmessung Typischerweise ist f0 1 MHz oder 10 MHz.
Die Auflösung e der Periodendauermessung ist in der Tabelle zusammengefasst. Horizontal ist die Taktfrequenz angegeben, vertikal die zu messende Periode t oder die dazugehörige Frequenz t    fm  10Hz 100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 10  µs - 1 0.1 0.01 100 µs 10-3 1ms 10-4 10ms 10-5 100ms 10-6 1s 1Hz 10-7

4 Frequenzmessung Prinzip der Schaltung für eine Zeitmessung
bei einer Torzeit T ist die Auflösung e der Messung der Frequenz fm durch gegeben. Für die Auflösung der Frequenzmessung gilt die Tabelle, aber mit vertauschten Benennungen. Horizontal ist nun die zu messende Frequenz, Vertikal die Torzeit des Messgerätes. Schaltung für eine Frequenzmessung

5 Frequenzmessung Aus der vorigen Tabelle kann man ableiten, dass bei vorgegebener Messdauer hohe und tiefe Frequenzen sehr genau gemessen werden können, mittlere Frequenzen jedoch nicht. Wenn T die Messdauer und f0 die Taktfrequenz des Messoszillators ist, gilt für die Genauigkeit Genauigkeit der Frequenzmessung für eine Messdauer T bei einer Taktfrequenz von 1 MHz T 1 Hz 10 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 MHz 10 s 10-6 10-5 10-4 10-7 1 s 10-3 0.1 s - 0.01 s 10-2 1 ms

6 Frequenzmessung Quarzbasierte Messung Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes Als frequenzbestimmendes Glied in Zählern verwendet man häufig Quarze. Das Ersatzschaltbild eines Quarzes besteht aus der Kapazität C und der Induktivität L. Die beiden Impedanzen bilden einen Serienschwingkreis, der die mechanische Resonanz nachbildet. R ist der Dämpfungswiderstand und C0 die Kapazität der Zuleitungen. Bei Schwingkreisen ist die Dämpfung immer dann besonders klein, wenn L groß und C klein ist. Jeder Quarz hat eine genau definierte, stabile Eigenfrequenz

7 ZEIT

8 Zeit Digitale Zeitmessung:
Zwischen einem Start und einem Stop Signal werden Pulse einer festen ,genauen Frequenz gezählt. Der Zählerstand ist ein Maß für die Zeit. Reset Start Stop Gate Takt Zählpulse Pulsdiagramm: Quantisierungs- fehler: Nx ± 1

9 Zeit Messung sehr kurzer Zeiten: n ungerade Zeit (grob)
Auswertelogik Zeit (fein) Start Stop Ringoszillator ungerade Inverteranzahl bei jedem Pulsdurchgang wird das entsprechende FF entweder 0 oder 1 gesetzt Stop friert die Kette ein der Zähler gibt das Grobergebnis an der Zustand der FF gibt das Feinergebnis an die Messwerte stehen sofort nach dem Stop Puls zur Verfügung Messbereich bis 10 ps

10 Zeit Messung der Periodendauer: Pulsdiagramm: Eingangssignal
Komparator- ausgang Reset Gate Zählpulse Takt