CN104270123B - 一种基于单片机的多路相敏检波信号发生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路相敏检波信号发生系统，包括载波通路和检波通路，其分别用于生成用于调制解调的载波信号和与该载波信号相应的检波信号，所述载波通路和检波通路之间互不影响。所述系统包括两个单片机、多个分频器和多个相移模板，其中：一个单片机用于生成方波信号，该方波信号经过所述多个分频器产生多路用作载波信号的方波信号，该生成载波信号的通路为所述载波通路；另一单片机也用于生成方波信号，该方波信号经过所述多个相移模块生成一组相移角度稳定的方波信号以用作检波信号，该生成检波信号的通路为所述检波通路。本发明可以自由配置检波通道的检波频率达到相敏的目的。
Description
技术领域
本发明属于调制解调技术，适用于多路并行相敏检波的方波调制解调系统。
背景技术
基于信号调制的应用技术越来越多，特别是光信号的调制解调，如光谱技术和通信技术。在诸多的调制解调技术中，相敏检波占有很重要的地位。在相敏检波过程中，保证参考信号之间稳定的相移差是检波的关键。相敏检波时，多路已调载波信号混合在一起，在解调阶段通过具有稳定相位差的一组检波信号将相应的有用信号检测出来。
现存的检波系统大都不关注调制和解调信号的产生过程，或者采用专用的集成芯片来产生相移波，或者经过复杂的模拟电路来移相。专用集成芯片虽然控制简单，但是价格昂贵，对某些频率产生的相移抖动厉害。
模拟移相电路设计复杂，且存在波形失真和输出延时等方面的问题，这些都会对相敏检波结果造成影响。特别是在多路并行的正交检波系统中，要从多路并行调制信号中任意解调出其中一路信号，就要从调制信号部分输出相应的0°参考信号和90°相移参考信号，一旦同时解调的信号增多，检波部分的规模将变得十分臃肿，不利于电路设计和模块集成化，不但增加了生产成本而且给系统带来很多不稳定的因素。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的是现有的相敏检波信号发生装置或系统结构复杂、价格昂贵且信号质量较差的问题。
(二)技术方案
针对上述问题，本发明的目的是提供一种简单可靠的用于相敏检波的调制解调信号发生系统。
根据本发明的多路相敏检波信号发生系统，包括载波通路和检波通路，其分别用于生成用于调制解调的载波信号和与该载波信号相应的检波信号，所述载波通路和检波通路之间互不影响。
优选的，所述系统包括两个单片机、多个分频器和多个相移模板，其中：一个单片机用于生成方波信号，该方波信号经过所述多个分频器产生多路用作载波信号的方波信号，该生成载波信号的通路为所述载波通路；另一单片机也用于生成方波信号，该方波信号经过所述多个相移模块生成一组相移角度稳定的方波信号以用作检波信号，该生成检波信号的通路为所述检波通路。
优选的，所述相移模块包括一个反相器和两个分频器，该相移模块的输入信号分成两路，其中一路经过其中一个分频器分频后输出分频信号，另一路先经过反相器后再经另一分频器后输出分频信号。
优选的，所述两个单片机产生的方波信号由软件控制产生。
优选的，所述两个单片机为相同的单片机。
优选的，所述两个单片机为同源晶振单片机。
优选的，所述分频器为二分频器。
优选的，还包括主控装置，该主控装置用于控制所述两个单片机的同步。
优选的，所述主控装置发送方波频率控制字给所述两个单片机，以控制所述两个单片机的调制与解调频率。
(三)有益效果
本发明可以自由配置检波通道的检波频率达到相敏的目的。
附图说明
图1是本发明多路相敏检波信号发生系统的相移模块的结构原理图；
图2是本发明多路相敏检波信号发生系统的相移θ°时序图；
图3是本发明多路相敏检波信号发生系统的一个实施例的8路相敏检波信号发生系统整体结构图。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明采用单片机产生方波信号。本发明的系统包括载波通路和检波通路，其分别用于生成用于调制解调的载波信号和与载波信号相应的检波信号，载波通路和检波通路之间互不影响，可以灵活组合载波和检波通路。
具体来说，本发明的多路相敏检波信号发生系统包括两个单片机、多个分频器和多个相移模板；其中一个单片机生成方波信号后经过所述多个分频器产生多路用作载波信号的方波信号(载波通路)；另一单片机生成的方波信号经过所述多个相移模块生成一组相移角度稳定的方波信号用作检波信号(检波通路)。
所述相移模块包括一个反相器和两个分频器，该相移模块的输入信号分成两路，其中一路经过一个分频器分频后输出分频信号，另一路先经过反相器后再经另一分频器后输出分频信号。
所述两个单片机优选为相同的单片机，并优选为采用同源晶振的具有多个定时器的高速单片机，反相器优选为采用具有输入使能的高速反相输出芯片，所述分频器采用具有异步清零的四位二进制计数器。
所述的同源晶振采用有源晶体振荡器，为各个单片机提供稳定的时钟源。其它符合单片机要求的时钟源都可以应用到该系统。
所述的高速单片机可以同步产生多路稳定的方波信号，频率和占空比通过软件可调，通过通信接口执行主控装置的命令，有足够高的主频来响应软件指令，包括任何其它符合条件的高速处理芯片都可以用于该系统。
所述的通过分频器得到更多可用于调制信号的载波方波信号，同时可以更方便的和检波信号相匹配。
所述的反相器和分频器要求有足够高的响应速度来保证无延迟的反相和分频输出。能够在波形输出前对芯片复位，保证输出波形有统一的稳定的输出状态。包括其它符合该条件的芯片和模块都可以用于该系统。
所述的通过相移模块输出相移角度稳定的方波，该相移方波角度是由输入方波的占空比决定的，当占空比为50％时，输出的方波相移是90°，调节输入到相移模块之前的方波的占空比，可以得到不同相移角度的方波信号。相移角度θ和输入方波占空比x遵循该公式：θ＝180x(0＜x＜1)。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1所示是本发明多路相敏检波信号发生系统的相移模块的结构原理图。方波信号a的占空比为x(0＜x＜1)。方波a分成两路输入，一路直接通过二分频器得到方波a的二分频方波a1，另一路先经过一个反相器得到方波a相移180°的方波a’，再通过二分频器得到方波a’的二分频方波a2。此时输出的方波a1和方波a2稳定在(180x)°相移。对于90°相移来说，考虑到反相器和分频器的高速响应时间，输入和输出延迟在100nm以内，对于100KHz以内的低频方波信号，由此带来的相位误差非常小，可以忽略不计。
图2所示是本发明多路相敏检波信号发生系统的相移θ°时序图。本图所示的是分频器下降沿触发的移相时序图。方波a和方波a’频率相同，方波a占空比是x(0＜x＜1)，但由于反相器的作用，所以得到的方波a’和方波a相移差180°，占空比为(1-x)。方波a经过一次二分频后就得到方波a1。方波a’也经过一次二分频后得到方波a2。此时的方波a1和方波a2相移就是稳定的(180x)°。
图3所示是本发明多路相敏检波信号发生系统的一个实施例的8路相敏检波信号发生系统整体结构图。主控装置通过相应的通信接口控制基于同源晶振的两个单片机MCU1和MCU2，即将用户拟实现的调制与解调频率的方波频率控制字发送给两个单片机MCU1和MCU2，然后由这两块单片机产生无相移的、占空比为固定值的方波信号。主控装置通过同步控制信号，控制MCU1和MCU2同步产生方波信号。MCU1能够同时产生多个方波信号，即方波TIM1，方波TIM2、方波TIM3、方波TIM4。方波TIM1通过移相模块后得到方波Freq2_0和方波Freq2_θ，两者相移差为180x(x是输入方波的占空比，0＜x＜1)。方波Freq2_0再经过移相模块也可以得到一组新的用于检波的方波Freq1_0和方波Freq1_θ，两者相移差为180x(x是输入方波的占空比，0＜x＜1)，这样可以有效的节省硬件资源。方波TIM2、方波TIM3、方波TIM4的处理过程和方波TIM1相同，这样可以得到8组可用于调制信号的方波。MCU2也同时产生多个方波信号，方波TIM1’、方波TIM2’、方波TIM3’、方波TIM4’。方波TIM1’直接经过二分频后得到方波Freq2_0’，得到的方波Freq2_0’和方波Freq2_0频率和相位一致。方波Freq2_0’再一次进行二分频得到方波Freq1_0’，此时方波Freq1_0’和方波Freq1_0频率和相位一致。方波TIM2’、方波TIM3’、方波TIM4’的处理过程与方波TIM1’相同。这样就可以得到多组互相匹配的载波方波信号和检波方波信号。因此，就可以利用MCU2产生的方波作为载波信号，利用MCU1产生的相应相移方波去解调信号。在此需要说明的是，由于方波信号是软件控制产生的，频率和占空比可调，所以，MCU2产生的载波信号可以和MCU1产生的检波信号自由组合，图3所示只是其中一种组合。一旦确定了组合方式，就可以由软件控制对应的载波信号通道和检波信号通道输出相应频率的方波，从而达到相敏检波的目的。
通过实践检测，本发明的基于单片机的多路正交检波信号发生系统可实现多路并行正交检波信号的产生，生成的波形稳定可靠，相移准确，各通道的组合灵活，频率调节方便，简化了相敏检波系统的设计，节省了生产成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，包括载波通路和检波通路，其分别用于生成用于调制解调的载波信号和与该载波信号相应的检波信号，所述载波通路和检波通路之间互不影响；
所述的多路相敏检波信号发生系统包括两个单片机、多个分频器和多个相移模板，其中：
其中一个单片机用于生成方波信号，该方波信号经过所述多个分频器产生多路用作载波信号的方波信号，该生成载波信号的通路为所述载波通路；
另一单片机也用于生成方波信号，该方波信号经过所述多个相移模块生成一组相移角度稳定的方波信号以用作检波信号，该生成检波信号的通路为所述检波通路，所述相移模块包括一个反相器和两个分频器，该相移模块的输入信号分成两路，其中一路经过其中一个分频器分频后输出分频信号，另一路先经过反相器后再经另一分频器后输出分频信号。
2.如权利要求1所述的多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，所述两个单片机产生的方波信号由软件控制产生。
3.如权利要求1或2所述的多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，所述两个单片机为相同的单片机。
4.如权利要求1或2所述的多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，所述两个单片机为同源晶振单片机。
5.如权利要求1或2所述的多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，所述分频器为二分频器。
6.如权利要求1或2所述的多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，还包括主控装置，该主控装置用于控制所述两个单片机的同步。
7.如权利要求6所述的多路相敏检波信号发生系统，其特征在于，所述主控装置发送方波频率控制字给所述两个单片机，以控制所述两个单片机的调制与解调频率。
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