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周波数カウンターは、周波数を測定するために使用される電子機器、またはその構成要素です。周波数カウンターは通常、周期的な電子信号における1秒あたりの振動サイクル数またはパルス数を測定します。このような機器は、特に中国製のものは、サイモメーターと呼ばれることもあります。
すべての周波数カウンターは、測定の基準となる時間ベースと呼ばれる内部電子発振器に依存している。
ほとんどの周波数カウンタは、ゲート時間と呼ばれる特定の時間内に測定対象信号に発生する立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの数をデジタルカウンタでカウントすることで動作します。ゲート時間の終了時に、累積カウントは保持レジスタに転送され、カウンタはゼロにリセットされて次の測定に備えます。ゲート時間が1秒の場合、保持レジスタに格納される値は測定周波数をヘルツ（Hz）単位で直接示します。ゲート時間が1秒以外の場合は、保持レジスタの値をスケーリングしてHzに変換する必要があります。周波数カウンタでは、測定された周波数は通常、ディスプレイに出力されます。
測定信号の周波数が十分に安定しており、かつタイムベースの周波数よりも著しく低い場合、測定信号の周期を測定し、その逆数を計算して周波数を求めることで、測定分解能を向上させることができます。これは、逆数測定法と呼ばれることもあります。周期測定は、一定のゲート時間でサイクル数を数えてその時間をサイクル数で割るのではなく、整数サイクルに必要な時間を測定することによって行われます。
測定対象の周波数が既に電子形式であれば、計測器との簡単なインターフェース接続だけで済みます。より複雑な信号の場合は、カウントに適した形式にするために何らかの調整が必要になる場合があります。汎用周波数カウンタのほとんどは、入力部に何らかの増幅器、フィルタ、波形整形回路を備えています。DSP技術、感度制御、ヒステリシスは、性能を向上させるための他の手法です。本質的に電子的な性質を持たないその他の周期的なイベントは、何らかの変換器を使用して変換する必要があります。例えば、機械的なイベントで光線を遮断し、その結果生じるパルスをカウンタでカウントするようにすることができます。
無線周波数(RF)用に設計された周波数カウンタも一般的で、低周波カウンタと同じ原理で動作します。多くの場合、オーバーフローするまでの測定範囲が広くなっています。非常に高い周波数 (マイクロ波) の場合、多くの設計では高速プリスケーラを使用して信号周波数を通常のデジタル回路が動作できるレベルまで下げます。このような機器のディスプレイはこれを考慮して、正しい値を表示します。マイクロ波周波数カウンタは現在、最大で 56 GHz近くまでの周波数を測定できます。この周波数を超えると、測定対象の信号はミキサで局部発振器からの信号と合成され、差周波数の信号が生成されます。この差周波数は直接測定できるほど低い値です。
周波数カウンタの精度は、そのタイムベースの安定性に大きく依存します。特に、タイムベースの安定性は、振動、電磁干渉、経年劣化によるドリフト、温度変化などによって低下する可能性があり、その結果、測定された周波数が実際の値よりも高くなったり低くなったりすることがあります。したがって、周波数カウンタには通常、非常に安定したタイムベース回路が用いられます。高い精度が求められない場合は、単純な水晶発振器が一般的に使用されます。より高い精度が求められる測定には、 GPS同期発振器またはオーブン制御発振器が通常使用されます。
精度は、測定の分解能によって制限されることが多い。1カウントの分解能は、一般的にタイムベース発振器の周波数とゲート時間に比例する。オーバーサンプリング/平均化などのいくつかの手法によって、分解能を向上させることができる。[ 1 ] [ 2 ]
さらに、測定対象信号のジッターによって精度が著しく低下する可能性があります。オーバーサンプリングや平均化といった手法を用いることで、この誤差を低減することが可能です。
組み込みシステムにおいても、ソフトウェア上で同様の手法を用いて周波数を測定することが可能です。例えば、中央処理装置（CPU）は、比較対象となる基準時間軸があれば、自身の動作周波数を測定するように構成できます。
入出力インターフェースを使用すると、ユーザーは周波数カウンタに情報を送信したり、周波数カウンタから情報を受信したりできます。一般的に使用されるインターフェースには、RS-232、USB、GPIB、イーサネットなどがあります。カウンタは測定結果を送信するだけでなく、ユーザーが定義した測定制限を超えた場合にユーザーに通知することもできます。多くのカウンタに共通するのは、それらを制御するために使用されるSCPIコマンドです。新しい開発では、 GUIを備えたイーサネット経由のLANベースの制御機能が組み込まれています。これにより、1台のコンピュータで1つまたは複数の計測器を制御でき、SCPIコマンドを記述する必要がなくなります。