方形波信号と正弦波信号間の位相の検出


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デジタル方形波入力(PLD、1.8Vpで生成)と正弦波出力(0.5-3.5 Vp)を持つ回路があります。両方の信号の周波数は100kHzですが、位相が異なります。

これら2つの信号間の位相差を検出する良い方法は何ですか?これまでに見た位相検出器は、すべてデジタルまたはすべてアナログ信号用ですか?私が持っているようなミックスドシグナル回路用のものはありますか?

更新

私のアプリケーションでは、1度の位相差を知っていれば十分です。周波数は常に相対的にロックされており、決して変更されません。方形波はアナログ電子機器を駆動し、アナログはAM変調信号を含む正弦波を生成します。ただし、信号の振幅は、キャリアの振幅に比べて非常に低くなります。生産のばらつきにより、アナログ(一部の手巻きインダクタを含む)の位相の単位ごとのばらつきが大きく、出力正弦波を処理するDSPの自動調整方法を考え出そうとしています。


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どのくらい正確に位相差を知る必要がありますか?また、これを1回限りの実験として、または回路の継続的な機能の一部として行う必要がありますか?2つの部品は実際に一緒に周波数ロックされていますか(または共通の基準から周波数を導出しています)、または両方とも公称100 kHzだけですか?
Photon

回答:


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位相検出はデジタル信号に最も簡単です。基本的にXORゲートです。サインを方形波に変換します。1つの入力に正弦波を、もう1つの入力に平均正弦波(LPF)をコンパレータに供給し、コンパレータが50%のデューティサイクルの方形波を生成するようにします。次に、デジタル位相検出器を使用します。


コンパレータを使用して方形波から正弦波を作成することを検討しましたが、問題は、正弦波の振幅が0.5〜3.5 Vの範囲内で変動する可能性があることです。これは生産のばらつきであり、その事実について私ができることは何もありません。ただし、ゼロクロス検出がその場合の解決策となる場合があります...検討する価値があります。
udushu

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@udushu-平均化LPFはそれを解決します。変動する振幅とDCオフセットを処理します。
stevenvh 2012

@ stevenvh、LPFは入力信号の振幅が位相測定に影響しないことを保証するのに十分ではないと思います。コンパレータには、分散と呼ばれる特性があります。これは、入力振幅が変化すると伝播遅延が変化することを意味します。OPの位相誤差(約40 ns)の要件を満たすことができ、それ以上の補正なしでコンパレーターの分散も十分に低くなければなりません。ただし、この用途でコンパレータを選択するときに確認することが重要です。
フォトン2012

@ThePhoton-ポイントはありますが、私が答えたとき、OPはまだ1°の精度について言及していませんでした。OTOHには、100 ps未満の分散を持つコンパレータがあります。これは、1°よりも数桁優れています。
stevenvh 2012

@ThePhoton-ゼロクロスコンパレータが解決策のようです。議論をありがとうございました。
udushu 2012

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正弦波を処理するDSPがあると言うので、複素フーリエ変換を使用して位相を測定できます(既知の周波数でDFTを評価するだけで済みます)。

これは実際にはカードがミキシングについて提案したものと密接に関連しています。シングルポイントDFT 、積分器またはローパスフィルターが後に続くタイプのミキサーです。違いは、複素数ドメインでそれを行う(またはアナログミキサーでIQミキサーを使用する)ことにより、複素数出力の角度を決定できることです。実際のコンポーネントのみ、または単一のミキサーのみを使用する場合、ラグからリードを区別することはできず、振幅感度はより困難になります。


私ができることを望みます。それは私が現在抱えている多くの問題を解決するでしょう。残念ながら、私が使用しなければならないDSPは、100kHz信号でリアルタイムDFTを実行するのに必要な馬力に近いところがありません。
udushu

計算する必要があるのは1つの周波数ビンだけです。フーリエ変換に関連付けられている通常の#bins =#samplesではありません。また、どのくらいの頻度で位相を測定する必要がありますか?まれにしかありませんが、実際の問題は、システムがそのレートでサンプリングして保存できるかどうかではなく、処理できるかどうかです。
Chris Stratton、

DSPは現在20kHzでサンプリングするように構成されており、100kHzのキャリアではなく、復調された信号のみがサンプリングされます。私が使用している控えめなdsPIC33が100kHzの信号をサンプリングできるとはまったく思いません。
udushu 2012

@udushuクイック検索は、dsPICが約メガサンプル/秒で実行できることを示唆しています。ただし、アナログ帯域幅が十分で周波数がわかっている場合は、意図的にアンダーサンプリングしてエイリアシングを利用することもできます。
Chris Stratton、2012

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両方の入力信号の振幅が一定であると仮定すると(AGC回路によって一定にすることができない場合)、ミキサー(乗算器)を位相検出器として使用できます。

信号が同相の場合、出力は正になります。
信号の位相が180°ずれている場合、出力は負になります。
他の位相差の場合、出力はこれらの値の間のどこかになります。

たとえば、位相検出はデータシートで、アナログマルチプライヤIC AD633のアプリケーションの1つとして言及されています。

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