因为转换的精度有限，所以将模拟值数字化时会不可避免地出现量化误差。量化误差由转换器及其误差、噪声和非线性度决定。当输入信号和计数器时基有区别时就会产生量化误差。根据输入信号的相位和计数器时基的匹配程度，计数器有下列三种可能性：

  • 丢失2个边沿—计数器未识别时基的第一个上升沿和最后一个下降沿，计数值比期望值小1。
  • 丢失1个，识别1个—计数器识别时基的第一个上升沿或最后一个下降沿，计数值与期望值一致。
  • 识别2个边沿—计数器识别时基的第一个上升沿和最后一个下降沿，计数值比期望值大1。


    • 例如，如计数器时基是20 MHz，输入信号的频率是5 MHz，根据量化误差，测量值可能是3、4或5。测量值对应的测量频率是6.67 MHz、5 MHz和4 MHz，误差率达33％。

    单计数器时间测量的量化误差

    对于单计数器时间测量，量化误差由下列公式定义。

    Err量化 ＝ 实际频率/（计数器时基率－实际频率）

    通过增加计数器时基率，可减少单计数器时间测量的量化误差。下表显示了给定输入信号频率下不同时基率的量化误差：

    输入信号的实际频率 计数器时基率 量化误差
    10 Hz 100 kHz 0.01%
    100 Hz 100 kHz 0.10%
    1 kHz 100 kHz 1.01%
    10 kHz 100 kHz 11.11%
    10 kHz 20 MHz 0.05%
    100 kHz 20 MHz 0.50%
    1 MHz 20 MHz 5.26%
    2 MHz 20 MHz 11.11%
    5 MHz 20 MHz 33.33%

    对于周期和频率测量，如量化误差相对于输入信号来说过大，可以考虑使用两个计数器周期和频率测量中的一个。

    高频率双计数器方法的量化误差

    对于双计数器时间测量，量化误差由下列公式定义。

    ErrQuantization ＝ 实际周期/测量时间

    ErrQuantization ＝ 1 /（测量时间×实际频率）

    增加测量时间可减少量化误差。增加输入信号的频率也会减小量化误差。下表列出了各种测量时间和输入信号频率的量化误差：

    输入信号的实际频率 测量时间 量化误差
    10 kHz 1 ms 10.00%
    100 kHz 1 ms 1.00%
    1 MHz 1 ms 0.10%
    5 MHz 1 ms 0.02%
    10 MHz 1 ms 0.01%
    10 kHz 10 ms 1.00%
    100 kHz 10 ms 0.10%
    1 MHz 10 ms 0.01%
    5 MHz 10 ms 0.002%
    10 MHz 10 ms 0.001%
    10 kHz 100 ms 0.10%
    100 kHz 100 ms 0.010%
    1 MHz 100 ms 0.001%
    5 MHz 100 ms 0.0002%
    10 MHz 100 ms 0.0001%
    10 kHz 1 s 0.010%
    100 kHz 1 s 0.0010%
    1 MHz 1 s 0.0001%
    5 MHz 1 s 0.00002%
    10 MHz 1 s 0.00001%

    如表格所示，随着输入信号频率的增加，量化误差会有所减小。但是，对于低频输入信号的测量，该测量方法的上述优势不明显，因为需增加测量时间以保持测量精度，占用了更多的资源。

    宽量程双计数器测量方法的量化误差

    对于宽量程测量，量化误差由下列公式定义。

    Err量化 = 1/（分频数 × 计数器时基率 × 实际周期 - 1）

    Err量化 ＝ 实际频率/（分频数 × 计数器时基率 - 实际频率）

    加大分频数、增加计数器时基率或降低输入信号的频率，均可减小量化误差。下表列出了当计数器时基为20 MHz时各种分频数和输入信号频率下的量化误差。

    输入信号的实际频率 分频数 量化误差
    1 kHz 4 0.00125%
    100 kHz 4 0.125%
    1 MHz 4 1.266%
    1 kHz 10 0.0005%
    100 kHz 10 0.05%
    1 MHz 10 0.5%
    1 kHz 100 0.00005%
    100 kHz 100 0.005%
    1 MHz 100 0.05%

    使用分频数可减少量化误差。高频率双计数器测量方法在高频测量时更精确，宽量程双计数器测量方法在各个频率的短时间测量中都表现优异。例如，当输入信号在1 kHz和1 MHz之间，任何信号范围的最大量化误差不超过2.0％时，使用高频双计数器测量方法最少需要的测量时间为50 ms。保持同样的测量精度，使用宽量程双计数器测量方法，任何测量的最多测量时间为4 ms。

    动态平均法的量化误差

    对于动态平均法，量化误差由下列公式定义。

    ErrQuantization ＝ 实际频率/（信号周期数 x 计数器时基率－实际频率）

    该公式使用经平均后的输入信号周期数计算量化误差。周期数根据测量时间和分频数设置，以及测得输入信号的周期进行动态调整，如下列公式所示。

    信号周期数 = 最大（1，最小（分频数，Floor（测量时间/信号周期）））

    分频数或测量时间越大，进行平均的信号周期就越多，量化误差也就越小。

    下表示例了不同输入信号频率下，分频数和测量时间设置不同所产生的量化误差区别。计数器时基频率为100 MHz。

    输入信号的实际频率 分频数 测量时间 频率测量使用的属性 信号周期数 量化误差
    100 Hz 1 0 s 分频数 1 0.0001%
    0 200 ms 测量时间 20 0.000005%
    10 200 ms 分频数 10 0.00001%
    10 50 ms 测量时间 5 0.00002%
    100 50 ms 测量时间 5 0.00002%
    1 kHz 1 0 s 分频数 1 0.001%
    0 20 ms 测量时间 20 0.00005%
    10 20 ms 分频数 10 0.0001%
    10 5 ms 测量时间 5 0.0002%
    100 50 ms 测量时间 50 0.0002%
    100 kHz 1 0 s 分频数 1 0.1%
    0 200 µs 测量时间 20 0.005%
    10 200 µs 分频数 10 0.01%
    10 50 µs 测量时间 5 0.02%
    100 50 ms 分频数 100 0.001%
    1 MHz 1 0 s 分频数 1 1%
    0 20 µs 测量时间 20 0.05%
    10 20 µs 分频数 10 0.1%
    10 5 µs 测量时间 5 0.2%
    100 50 ms 分频数 100 0.01%