Podręcznik

4.4. Powielanie częstotliwości wzorcowej

Podstawowym układem pomiarowym współczesnych liczników uniwersalnych jest układ do pomiaru odstępu czasu. Większą rozdzielczość w takim układzie można uzyskać stosując generator wzorcowy o większej częstotliwości np. 100MHz. Wówczas rozdzielczość, określona okresem generatora wzorcowego, wynosi 10ns. Stosowane w praktyce techniki polegają na powieleniu częstotliwości generatora wzorcowego w układzie pętli fazowej lub zastosowaniu metody ekspansji czasu (metoda interpolacyjna) i metody podwójnego noniusza (metoda cyfrowa). Górny zakres pomiaru częstotliwości, w standardowych układach pomiarowych, wyznaczają możliwości wewnętrznego licznika. Technologie stosowane przy produkcji cyfrowych układów scalonych pozwalają na konstrukcję liczników działających przy częstotliwościach na poziomie pojedynczych GHz. Pomiar wyższych częstotliwości jest możliwy przy zastosowaniu dzielników częstotliwości lub przetworników heterodynowych. Dzielniki częstotliwości stosowane są rzadko z uwagi na pogorszenie właściwości metrologicznych przyrządu przejawiające się wprowadzeniem przez dzielnik dodatkowych błędów i wydłużeniem czasu pomiaru. Większe znaczenie mają układy z przetwarzaniem heterodynowym. 

Metoda ekspansji czasu

Problem wynika stąd, że mierząc czas tr w rzeczywistości dokonujemy pomiaru czasu t. Metoda polega na pomiarze czasów t₁ i t₂ czyli odstępów czasu pomiędzy impulsami start i stop, a impulsami generatora wzorcowego. Można to zrealizować wydłużając czasy t₁ i t₂. W praktyce korzysta się z integratorów ładowanych w czasie t₁ i t₂ i rozładowywanych prądem k-krotnie (np. 1000-krotnie) mniejszym. Pomocnicze liczniki zliczają odpowiednio n₁ i n₂ impulsów.

Metoda podwójnego noniusza

W metodzie tej są stosowane 3 generatory. Generator wzorcowy o okresie T_W oraz dwa generatory pomocnicze o nieco innej częstotliwości określonej zależnością . Wartość n jest dobierana z liczb postaci 2m (np. 64 lub 256). Generator wzorcowy pracuje cały czas, natomiast generatory pomocnicze są uruchamiane odpowiednio sygnałami start i stop. Technika podwójnego noniusz polega na wykryciu koincydencji (czyli zrównania) pomiędzy impulsami z generatora wzorcowego i impulsami z generatorów pomocniczych. Tym samym jest realizowany pomiar czasów t₁ i t₂. Wykrycie koincydencji jest możliwe dzięki zastosowaniu szybkich układów cyfrowych.