當被測信號在特定時(shí)間段T內的周期個(gè)數為N時(shí)，則被測信號的頻率f=N/T。 
在一個(gè)測量周期過(guò)程中，被測周期信號在輸入電路中經(jīng)過(guò)放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門(mén)的一個(gè)輸入端。主門(mén)的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門(mén)脈沖。在閘門(mén)脈沖開(kāi)啟主門(mén)的期間，特定周期的窄脈沖才能通過(guò)主門(mén)，從而進(jìn)入計數器進(jìn)行計數，計數器的顯示電路則用來(lái)顯示被測信號的頻率值，內部控制電路則用來(lái)完成各種測量功能之間的切換并實(shí)現測量設置。

在傳統的電子測量?jì)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計能夠快速準確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計擁有非常廣泛的應用范圍。 
在傳統的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計被廣泛的應用在產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)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(hù)通過(guò)使用頻率計能夠迅速的發(fā)現有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。 
在計量實(shí)驗室中，頻率計被用來(lái)對各種電子測量設備的本地振蕩器進(jìn)行校準。 
在無(wú)線(xiàn)通訊測試中，頻率計既可以被用來(lái)對無(wú)線(xiàn)通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準，還可以被用來(lái)對無(wú)線(xiàn)電臺的跳頻信號和頻率調制信號進(jìn)行分析。

計數器是一種即插即用的儀器，從外表來(lái)看相當簡(jiǎn)單。您只需把信號接到輸入端，數字顯示就會(huì )告訴您頻率或其它參數。但要得到最好的結果，無(wú)論是對于測試速度還是測試質(zhì)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(wù)的計數器:
• 通用計數器 可進(jìn)行頻率和時(shí)間間隔, 以及一些相關(guān)參數測量。
• 射頻頻率計數器 進(jìn)行達3GHz或更高的精確頻率測量。
• 微波頻率計數器 進(jìn)行達40GHz或更高的精確頻率測量。
• 時(shí)間間隔分析儀 最適合進(jìn)行精確的時(shí)間間隔測量。
• 調制域分析儀  專(zhuān)用于顯示調制量，如頻率-時(shí)間，相位-時(shí)間和時(shí)間間隔-時(shí)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(gè)錯誤就是把分辨率和精度看等同起來(lái)。它們的確相互聯(lián)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(shí)（如測量時(shí)間和產(chǎn)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(shí)頻率時(shí)，其位數并無(wú)實(shí)際意義。也就是說(shuō)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(lái)源，它包括:
• 量化誤差 計數器測量時(shí)，最后一位有效數字存在±1的不確定性。產(chǎn)生原因是內部時(shí)鐘頻率和輸入信號間的非相干性。
• 觸發(fā)誤差 輸入信號的噪聲或來(lái)自計數器輸入通道的噪聲都可能引起噪聲毛刺觸發(fā)。
• 時(shí)基誤差 時(shí)基振蕩器頻率和其標稱(chēng)頻率的不同都會(huì )直接導致測量誤差。
    系統誤差是測量系統讀數對信號實(shí)際頻率的偏離。包括老化、溫度和線(xiàn)電壓變化對時(shí)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(jiǎn)圖。系統誤差與時(shí)基使顯示頻率偏離實(shí)際頻率。隨機誤差產(chǎn)生一個(gè)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(lèi)：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(jiǎn)單記錄已知周期（選通時(shí)間）的信號循環(huán)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(jiǎn)單又便宜，但也意味著(zhù)直接計數器的分辨率固定為Hz。例如，對于1s的選通時(shí)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(huán)一次為1Hz）。因此如果您正在測量10Hz信號，對1s選通時(shí)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(lèi)推。圖 2表明了這一關(guān)系。還應注意直接計數器的選通時(shí)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(shí)間，所得到的分辨率為顯示位數（而非Hz）。也就是說(shuō)倒數計數器永遠顯示同樣的分辨率位數，而與輸入頻率無(wú)關(guān)。注意對于特定的選通時(shí)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(yè)規定的標準化測量是相對于1s選通時(shí)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(shí)，倒數計數器有明顯的優(yōu)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(yōu)勢：倒數計數器在1ms時(shí)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(shí)間（不只是十進(jìn)制步進(jìn)），因此您能以最少的時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間

    選擇也依據性?xún)r(jià)比。如果您對分辨率沒(méi)有嚴格要求，也不太關(guān)心速度，那么直接計數器就可能是經(jīng)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(mǎn)足性能要求進(jìn)行定期校準

    校準計數器的頻度由幾項因素決定。
• 時(shí)基類(lèi)型
• 計數器在測量期間經(jīng)受的條件
• 測量需要多高的精度
    校準并非一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題，通常與計數器精度直接相關(guān)。您在顯示器上看到的測量質(zhì)量取決于四個(gè)因素:
1. 時(shí)間不變的計數器性能因素(如提示 3 中討論的時(shí)基溫度穩定性)
2. 時(shí)間變化的計數器性能因素(如時(shí)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(shí)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(dòng)時(shí)會(huì )改變它的振動(dòng)頻率，并進(jìn)而影響計數器精度。這些不同擾動(dòng)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(guò)校準得到補償的因素。您可通過(guò)查看計數器的老化率指標確定何時(shí)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(shí)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(jìn)行最精確的測量

• 選擇最好的待命模式
    如果您要進(jìn)行快速的測量，一種簡(jiǎn)單方法是使用頻率計數器的自動(dòng)待命模式。但在四種典型待命模式(自動(dòng)、外部、時(shí)間和位)中，自動(dòng)模式的精度最低。您可通過(guò)增加外部、時(shí)間，或位待命模式的選通時(shí)間改進(jìn)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(shí)基和經(jīng)常進(jìn)行校準
    時(shí)基的質(zhì)量和校準的頻度將影響您的測量質(zhì)量。對于大多數應用，您需要兼顧精度、時(shí)基質(zhì)量和校準周期。如果購買(mǎi)的是較高質(zhì)量的時(shí)基，就可適當延長(cháng)校準周期。如果頻繁地校準，較便宜的時(shí)基就也能達到您的精度要求。時(shí)基不需要放在計數器中，可用外部精密頻率源和時(shí)基改進(jìn)測量精度。
• 保持計數器時(shí)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(dòng)。振蕩器斷電，即使是很短時(shí)間的斷電，在回到穩定頻率前也會(huì )有波動(dòng)。為保證最穩定的晶體工作:
• 把計數器放在不會(huì )被拔掉電源的位置，使儀器在開(kāi)機模式和待機模式間交替。
• 在校準時(shí)基時(shí)，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(jìn)它的穩定性。
    當您斷開(kāi)計數器電源時(shí)，即使是短暫的，老化率也要按天數重新開(kāi)始計算。
• 監視觸發(fā)電平定時(shí)誤差
    在您進(jìn)行定時(shí)測量(時(shí)間間隔，脈沖寬度，上升時(shí)間，下降時(shí)間，相位和占空比)時(shí)，需要考慮觸發(fā)電平定時(shí)誤差的影響。有幾項需考慮的因素: 觸發(fā)電平電路的分辨率和精度，輸入信號在觸發(fā)點(diǎn)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(fā)。這樣能得到最大斜率，也把滯后帶誤差減到最小。如果您進(jìn)行的是偏置至偏置測量(如整個(gè)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(fā)電平設置。
• 如有可能，把所有時(shí)基鎖定到單一時(shí)鐘
    兩個(gè)獨立時(shí)基間產(chǎn)生的偏離和/或抖動(dòng)將增加誤差。使用獨立時(shí)基就像是觀(guān)看視頻和聲頻通道在不同的系統上的電影。在電影開(kāi)始時(shí)，聲頻和視頻可能同步，但隨著(zhù)時(shí)間推移，兩者差距越來(lái)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(jìn)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(shí)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(gè)好的讀數比平均大量讀數更好。

• 把計數器設置到已知狀態(tài)
在發(fā)送復位命令后，儀器返回到就緒狀態(tài)前最好不要發(fā)送其它命令。對于大多數儀器返回就緒狀態(tài)，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(shí)接收的命令。
• 設置與儀器使用數據類(lèi)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(shí)，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(lái)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(yōu)化配置。實(shí)際被測信號必須在您命令中提供值的10[[[[%]]]] 內。
• 設置觸發(fā)電平
當輸入信號通過(guò)命令中的電平設置值時(shí)，就建立了觸發(fā)條件。把觸發(fā)電平設置在信號的最大斜率處，從而把滿(mǎn)足觸發(fā)條件的時(shí)間量減到最小。正弦波或方波在過(guò)零時(shí)(假定為 0V 偏置)有最大的斜率。
• 把觸發(fā)設置為立刻讀數
當儀器使用雙電平觸發(fā)時(shí)，在得到讀數前必須同時(shí)符合這兩個(gè)觸發(fā)條件。設置觸發(fā)待命條件，以立刻滿(mǎn)足第一級觸發(fā)電平。