若令两个同频率的正弦信号为：

那么它们的相位差为：

由此可以看出：两个同频率的正弦信号的相位差在数值上是与最初的相位差相等的，θ是角度。

若令：

上式中时间差 是与相位差θ对应的， 为信号的周期。

则有：

由此公式可以看出，只需要测量出时间差 及信号周期 便可以利用公式计算出相位差θ，这就是相位测量仪的测量原理。

仔细分析可知，从根本上测量相位差实际上是对时间的测量，那么这就要求用到计数器来实现。根据查找资料和借鉴以往的设计可得，时间有许多测量方法，考虑到本设计中对技术指标有相对的要求，为了防止对其产生影响，我们通过利用FPGA完成系统指标，而用MCU实现系统功能。