相位检测系统中误差的消除

1、    相位检测系统中误差的消除*        李向阳， 庹先国， 穆克亮 时间:2008年03月13日     字 体: 大 中 小        关键词:        摘要：关键词： 相位 零点漂移? 相位测量?1 相位测量的原理相位测量的方法很多，主要分为两类：填充计数

2、法和傅式变换法。傅式变换法因需要高速的ADC对信号进行过采样等原因而成本较高，其精度受限于ADC的采样精度。而填充记数法结构简单，成本低，性能优良，被视为相位检测的经典方法。图1给出了填充计数法测相的原理框图。在理想情况下，同频的正弦信号，经过信号整形电路（过零检测）后，得到方波信号，方波信号经过鉴相器后得到两路输入信号的相位差信号，对其用固定频率的脉冲进行填充，把填充脉冲以后的相位差信号用脉冲计数器进行计数，就可以得到单位时间内相位差信号的脉冲个数Nphaselocal，则被测信号的相位差Vphase为式(1)：Vphase=360×? (1)2 误差原因及解决方法2.1 过零检测

3、不准2.2 信号调理后方波边沿不够陡峭信号经过比较器进行处理后得到脉冲信号，在理想情况下，该信号可以作为数字逻辑信号使用。但在调试过程中发现，如果直接把比较器输出的脉冲信号送给FPGA等高速响应器件，则FPGA获取的信号可能是经过s后才稳定的一连串数字脉冲信号，错误的相位差脉冲使系统的精度和稳定性受到很大影响，致使输出结果有较大的跳动。这主要是由比较器输出脉冲信号的边沿不够陡峭所致，而影响比较器该性能的主要因素是压摆率。要解决此问题，除了在对比较器选型时选取具有较大压摆率的器件外，还可以在比较器的后端加一级微分电路，微分电路可以明显提升脉冲信号的边沿。2.3 输出结果受输入信号幅度影响较大在理

4、想情况下，比较器的放大倍数是无穷大的，但实际中比较器的放大倍数是有限的。为了降低输入信号幅度对比较器输出结果的影响并且提高比较器对小信号的灵敏度，对比较器进行电路设计时应采用正反馈。2.4 闸门时间不准确在相位测量中不仅要测量相位差信号，还要测量待测信号的周期。为了提高精度，往往对相位信号进行多周期测量。理论上要求在多周期测量中，测量时间必须为被测信号周期的整数倍，但是在相位测量仪器中，一般要求可以人为地设定测量时间，该时间不可能总是等于被测信号周期的整数倍，所以实际测量时间应该是设定的测量时间到下一个完整的测量周期之前的时间之和。在实际设计过程中，可通过独立的具有预触发功能的计数器对实际测量

5、时间进行计数，用于相位测量时间的计算。3 实际应用及分析图3给出了在一个基于PCI的相位测量仪中实际应用的电路。限于篇幅，在该图中只给出了输入信号phaseA的处理电路，对于输入信号phaseB是完全相同的。相位信号phaseA经过二极管限幅后送给比较器LM319，比较器采用正反馈以提高对小信号的响应效果，同时能提高输出脉冲的边沿陡峭度，LM319的上拉电阻也应选用小的阻值以提高响应速度，比较器输出的脉冲经过74LS04反相门缓冲以后用微分电路对其进行边沿的锐化，两路输入信号的相同边沿的脉冲信号用作由与非门搭建的RS触发器的输入，触发器输出的信号即为单边的相位使能信号，经过缓冲后给FPGA用于填充计数。在输入正弦波信号频率为1kHz、峰峰值为1V、填充频率为20MHz的测试环境下，该相位测量仪分辨率达到0.01度，测试精度优于0.03度。该电路完全可以作为激光测距、扭矩测量等应用的前端处理部分。参考文献1金宁.用于相位法激光测距的电路系统设计J.光电子·激光,2001,12(8):864-867. 2汪友生.相位法激光测距的实现J.北京工业大学学报