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若何应用相关手艺丈量相位差

宣布时间:2016年12月20日 16:12    宣布者:看门狗
要害词: 相位差
丈量两个周期旌旗暗记之间的相位差通常须要接纳诸如气象、盘算和通讯等方面的迷信手艺。示波器供应了推行这类丈量的快速质朴措施。遗憾的是,示波器的噪声、带宽和时间分辨率会限制其丈量的精度。

示波器的采样率决议了其时间分辨率的年夜小。例如关于一个100MHz的旌旗暗记来讲,相位上的1度相当于时间上的27ps。很显着,关于1度的相位丈量精度,示波器的采样时间必须小于这个数值,是以采样率请求高于36GHz,这个数字曾经超出了年夜多数示波器的目的规模。为了演示这类丈量措施,我们选用了Analog Arts的SA985 USB示波器,这类示波用具有100GHz的采样率和1GHz的带宽。你可以选用知足你应用时间请求的任何示波器睁开这类丈量。就是有了合适的示波器,你也必须应用专门的手艺才干取得准确的相位丈量效果。

示波器的时间标线(图1)供应了丈量两个旌旗暗记间相位的最质朴措施。旌旗暗记上两个对应点之间的时间差代表了以时间为单元的相位。将这个值乘以旌旗暗记周期便可以取得以度为单元的相位效果。这类措施的丈量精度高度依附于示波器的噪声和触发不愿定性。

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图1:时间标线可以赞助你丈量两个旌旗暗记之间的相位差。

人们经常常应用利萨茹曲线(图2)丈量两个正弦波之间的相位。可是,凭证利萨茹曲线作出准确的丈量简直是弗成能的。另外,关于非正弦旌旗暗记来讲,这些曲线就更是难以诠释。

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图2:用于丈量两个正弦旌旗暗记之间相位差的基本利萨茹曲线。

对旌旗暗记推行数学运算可以增强相位丈量性能。参考文献1、2和3中形貌的手艺就是这类运算操作的一些例子。虽然每种措施能够合适某些应用,但丈量效果还遭到本文议论辩说规模以外的其它多种因素影响。此外,这些手艺年夜部门是针对正弦旌旗暗记的。在诸如丈量FPGA外部锁相环(PLL)发生的种种时钟相位性能等应用中,这些手艺精度显着不高。

一种质朴且准确的措施是对旌旗暗记阻拦相关运算。相关运算是一种直接的数学操作。有许多论文(参考文献4)对相关操作及其应用作过周全完全的诠释。由Aanlog Arts公司开发的一种C#算法就是这类手艺的一种完成。图3显示了由这类算法取得的两个200MHz正弦波之间的相位差。

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图3:相关运算可以赞助你盘算两个旌旗暗记之间的相位差。

相关运算的一个要害优势在于能够缔造年夜多数其它类型旌旗暗记之间的相位差。图4显示了一个正弦波与一个方波之间的相位差。诸如旌旗暗记的直流重量、噪声和触发效果等因素对效果都没有很显着的影响。关于旌旗暗记噪声是主导因素的应用来讲,可以用匀称法来增添其影响。

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图4:应用相关算法取得正弦波和方波之间的相位差。

这类手艺可以到达的精度主要受限于旌旗暗记周期的相对精度和示波器的采样率。关于采样率为100GHz、相对频率精度为0.01ppm的旌旗暗记来讲,有望取得好过0.5度的相位丈量效果。旌旗暗记匀称法可以将丈量精度进一步提升到0.1度。

在现实应用中相关运算被证实是很有用处的,由于在这些应用中旌旗暗记间的诸如振铃、反射和上升时间掉落配等效果会极年夜地限制其它相位丈量手艺的性能。

参考文献

1. G. Huang, L.R. Doolittle, J.W. Staples, R. Wilcox, J.M. Byrd,用于完成高精度相位丈量的旌旗暗记处置赏罚赏罚措施

2. 应用示波器丈量两个波形之间的相对相位

3. Peter O’Shea的相位丈量

4. 用于剖析MD效果的相关函数及其应用

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