CN106018962B - 一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路及系统 - Google Patents

一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路及系统 Download PDF

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Abstract

一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，用于检测谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差。该电路包括比较整形电路、检测电路和JK触发器；所述比较整形电路用于将两路原始谐波信号Sm和谐波信号Sr整形为同频同相位的方波信号Qm和方波信号Qr，并将所述方波信号Qm和方波信号Qr传输至所述JK触发器的K输入端和J输入端；所述JK触发器用于输出所述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位差的方波信号OUT；所述检测电路用于检测出述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位的超前或滞后关系、检测所述JK触发器的K输入端和J输入端的状态、置位和复位所述JK触发器。

Description

一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路及系统
技术领域
本发明涉及信号分析领域，尤其涉及一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路及系统。
背景技术
自动数字鉴相也称差频数字鉴相，主要用来自动检测两路电信号的相位差，被广泛应用于信号分析、测试仪器仪表等领域。自动数字鉴相具有测相精度高、测相速率快、便于与微控制器接口、实现数据的自动测量和处理等优点。现有的鉴相电路，只能检测0～π的相位差，如果两信息间的相位差为π～2π，则不能检测。
发明内容
本发明的目的在于提出一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路及系统，其测相精度高、测相速率快，能解决解决信号之间相位差为0～2π的鉴相。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，包括比较整形电路、检测电路和JK触发器；
所述比较整形电路用于将两路原始谐波信号Sm和谐波信号Sr整形为同频同相位的方波信号Qm和方波信号Qr，并将所述方波信号Qm和方波信号Qr传输至所述JK触发器的K输入端和J输入端；
所述JK触发器用于输出所述方波信号Qm和方波信号Qr之间相位差的方波信号OUT,该相位差即为谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差；
所述检测电路用于检测出述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位的超前或滞后关系、检测所述JK触发器的K输入端和J输入端的状态、置位和复位所述JK触发器；
其中，所述谐波信号Sr即整形后的方波信号Qr作为参考信号提供初始相位的参考点，所述谐波信号Sm即整形后的方波信号Qm作为被测信号提供有效的相位差信息。
进一步，还包括有相位差计算电路；
所述方波信号OUT传输至所述相位差计算电路，其用于计算所述方波信号Qm和方波信号Qr的相位差,该相位差即为谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差。
进一步，所述检测电路包括第一与门、第二与门、第三与门和D触发器；
所述相位差计算电路包括第四与门和微处理器；
所述方波信号Qm的输出端、D触发器的D输入端、第一与门的一输入端和JK触发器的K输入端电连接，
所述方波信号Qr的输出端、第一与门的另一输入端、D触发器的时钟信号输入端和JK触发器的J输入端电连接；
所述D触发器的正相输出端D、第一与门的输出端分别和所述第二与门的两输入端电连接；所述D触发器的反相输出端D、第一与门的输出端分别和所述第三与门的两输入端电连接；
所述第二与门的输出端和所述JK触发器的SET端电连接，所述第三与门的输出端和所述JK触发器的CLR端电连接，其中，所述SET端和CLR端分别为所述JK触发器的置位端和复位端；
所述JK触发器的时钟信号端接入采样时钟信号 ，
所述JK触发器的正相输出端和所述第四与门的一输入端电连接，所述第四与门的另一输入端接入采样时钟信号 ，第四与门的输出端与所述微处理器的计数器输入端电连接。
一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相系统，包括有所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相系统用于信号之间的相位差测量。
本发明根据上述内容，提出一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路及系统，其测相精度高、测相速率快，能解决解决信号之间相位差为0～2π的鉴相。
附图说明
图1是本发明其中一个实施例的电路原理图。
图2是本发明其中一个实施例方波信号Qr与方波信号Qm的相位差Δφ在0～π内的时序图。
图3是本发明其中一个实施例方波信号Qr与方波信号Qm的相位差Δφ在π～2π内的时序图。
图4是所述JK触发器的状态转换表。
其中：比较整形电路1、检测电路2、第一与门21、第二与门22、第三与门23、D触发器24、JK触发器3、相位差计算电路4、第四与门41、微处理器42。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，包括比较整形电路1、检测电路2和JK触发器3；
所述比较整形电路1用于将两路原始谐波信号Sm和谐波信号Sr整形为同频同相位的方波信号Qm和方波信号Qr，并将所述方波信号Qm和方波信号Qr传输至所述JK触发器3的K输入端和J输入端；
所述JK触发器3用于输出所述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位差（即谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差）的方波信号OUT；
所述检测电路2用于检测出述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位的超前或滞后关系（即谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的超前或滞后关系）、检测所述JK触发器3的K输入端和J输入端的状态、置位和复位所述JK触发器；
其中，所述谐波信号Sr即整形后的方波信号Qr作为参考信号提供初始相位的参考点，所述谐波信号Sm即整形后的方波信号Qm作为被测信号提供有效的相位差信息。
两路原始信号Sm和Sr为连续的谐波信号，但它们之间的相位差难以直接比较出，所述比较整形电路1将两路原始信号Sm和Sr转换为同频同相位的方波信号Qm和方波信号Qr，便于后续检测出它们之间的相位关系；
所述检测电路2能够检测出述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位的超前或滞后关系（即谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的超前或滞后关系）；若所述方波信号Qr超前于方波信号Qm，则它们相位差在0到π之间；反之，若所述方波信号Qr滞后于方波信号Qm，则它们的相位差在π到2π之间，从而解决了现有中不能检测出两路信号的相位差在π到2π的难题，所述JK触发器3输出的方波信号OUT能体现出所述方波信号Qm和方波信号Qr的相位差（即谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差）。
并且，所述检测电路2能够检测所述K输入端和J输入端的状态，当J=1及K=1、且所述方波信号Qr超前于所述方波信号Qm时，所述检测电路2会使所述JK触发器3复位，使得所述方波信号OUT为0；
当J=1及K=1、且所述方波信号Qr滞后于所述方波信号Qm时，所述检测电路2会使所述JK触发器3置位，使得所述方波信号OUT为1；
通过所述检测电路2对所述JK触发器3的置位和复位操作，即使所述JK触发器3的J=1及K=1时，所述JK触发器3所输出的方波信号OUT也不会发生紊乱状态，使其输出精确的方波信号OUT。
进一步，如图1所示，还包括有相位差计算电路4；
所述方波信号OUT传输至所述相位差计算电路4，其用于计算所述方波信号Qm和方波信号Qr的相位差（即谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差）。
所述相位差计算电路4能有效地计算出所述方波信号Qm和方波信号Qr的相位差，便于后续的应用。
进一步，如图1所示，所述检测电路2包括第一与门21、第二与门22、第三与门23和D触发器24；
所述相位差计算电路4包括第四与门41和微处理器42；
所述方波信号Qm的输出端、D触发器24的D输入端、第一与门21的一输入端和JK触发器3的K输入端电连接；
所述方波信号Qr的输出端、第一与门21的另一输入端、D触发器24的时钟信号输入端和JK触发器3的J输入端电连接；
所述D触发器24的正相输出端D、第一与门21的输出端分别和所述第二与门22的两输入端电连接；
所述D触发器24的反相输出端D、第一与门21的输出端分别和所述第三与门23的输入端电连接；
所述第二与门22的输出端和所述JK触发器3的SET端电连接，所述第三与门23的输出端和所述JK触发器3的CLR端电连接，其中，所述SET端和CLR端分别为所述JK触发器3的置位端和复位端；
所述JK触发器3的时钟信号端接入采样时钟信号 ，
所述JK触发器3的正相输出端和所述第四与门41的一输入端电连接，所述第四与门41的另一输入端接入采样时钟信号 ，第四与门41的输出端与所述微处理器42的计数器输入端电连接。
通过所述D触发器24、第一与门21、第二与门22和第三与门23所组成的所述检测电路2，其结构简单，功能强大，电路工作的稳定性高；所述D触发器24用于检测方波信号Qr与方波信号Qm的超前和滞后关系，即在所述方波信号Qr信号上升沿到来时，锁存一次所述方波信号Qm信号，若锁存信号即所述正相输出信号D为低电平，则说明方波信号Qr超前于方波信号Qm，则方波信号Qr与方波信号Qm的相位差在之间；反之，若所述正相输出信号D为1，则说明方波信号Qr滞后于方波信号Qm，方波信号Qr与方波信号Qm的相位差在之间。
通过所述第一与门21、第二与门22和第三与门23的作用，能够对所述JK触发器3的状态进行置位和复位，当J=1及K=1时，所述第二与门22或第三与门23输出为1时会使所述JK触发器3置位或复位，最终使所述方波信号OUT不会发生紊乱情况，保证所述JK触发器3输出精准的方波信号OUT。
所述第四与门41和微处理器42组成的所述相位差计算电路，结构简单，工作稳定性高，能有效地计算出所述方波信号Qm和方波信号Qr的相位差，便于后续的应用；
如图2所示，当所述方波信号Qr与方波信号Qm的相位差Δφ在0～π内时，所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路的工作过程如下：
设所述JK触发器的初始状态为0，即方波信号OUT的状态为0；
在A阶段，J=1、K=0，则输出OUT=1，即所述方波信号Qr处于高电平状态、所述方波信号Qm处于低电平状态，则方波信号OUT输出高电平；
在B阶段，J=1、K=1，即所述方波信号Qr与方波信号Qm都处于高电平状态，此时所述第一与门21输出高电平，在所述D触发器24和第三与门23的共同作用下，使所述CLR端置1，即使所述JK触发器3复位；
在C阶段，J=0、K=1，即所述方波信号Qr处于低电平状态、所述方波信号Qm处于高电平状态，则所述方波信号OUT输出低电平；
在D阶段，J=0、K=0，即所述方波信号Qr和方波信号Qm都处于低电平状态，则所述方波信号OUT输出低电平。
如图3所示，当所述方波信号Qr与方波信号Qm的相位差Δφ在π～2π内时，所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路的工作过程如下：
设JK触发器的初始状态为0，即方波信号OUT为0，即处于低电平状态；
在E阶段，J=1、K=1，即所述方波信号Qr与方波信号Qm都处于高电平状态，此时所述第一与门21输出高电平，在所述D触发器24和第二与门22的共同作用下，所述SET端为高电平，则方波信号OUT输出高电平。
在F阶段，J=1、K=0，即所述方波信号Qr处于高电平状态、方波信号Qm处于低电平状态，则方波信号OUT仍输出高电平；
在G阶段，J=0、K=0，即所述方波信号Qr和方波信号Qm同时处于低电平状态时，方波信号OUT保持输出高电平；
在H阶段，J=0、K=1，即所述方波信号Qr处于低电平状态、所述方波信号Qm处于高电平状态,方波信号OUT输出低电平。
方波信号OUT与采样时钟信号经过所述第四与门41的与操作之后，输出计数脉冲信号到所述微处理器42的计数器输入端,即所述微处理器42的计数器对输入的脉冲进行计数，计数脉冲个数为。计数值与相位差具有如下关系式：
式中，是信号或的频率，是采样时钟频率，是计数的脉冲个数。
一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相系统，包括有所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相系统用于信号之间的相位差测量。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，其特征在于：包括比较整形电路、检测电路和JK触发器；
所述比较整形电路用于将两路原始谐波信号Sm和谐波信号Sr信号整形为同频同相位的方波信号Qm和方波信号Qr，并将所述方波信号Qm和方波信号Qr传输至所述JK触发器的K输入端和J输入端；
所述JK触发器用于输出所述方波信号Qm和方波信号Qr之间相位差的方波信号OUT,该相位差即为谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差；
所述检测电路用于检测出所述方波信号Qm和方波信号Qr之间的相位的超前或滞后关系、检测所述JK触发器的K输入端和J输入端的状态、置位和复位所述JK触发器；
其中，所述方波信号Qr作为参考信号提供初始相位的参考点，所述方波信号Qm作为被测信号提供有效的相位差信息；
还包括有相位差计算电路；
所述方波信号OUT传输至所述相位差计算电路，其用于计算所述方波信号Qm和方波信号Qr的相位差，即计算谐波信号Sm与谐波信号Sr之间的相位差；
所述检测电路包括第一与门、第二与门、第三与门和D触发器；
所述相位差计算电路包括第四与门和微处理器；
所述方波信号Qm的输出端、D触发器的D输入端、第一与门的一输入端和JK触发器的K输入端电连接，
所述方波信号Qr的输出端、第一与门的另一输入端、D触发器的时钟信号输入端和JK触发器的J输入端电连接；
所述D触发器的正相输出端QD、第一与门的输出端分别和所述第二与门的两输入端电连接；所述D触发器的反相输出端第一与门的输出端分别和所述第三与门的两输入端电连接；
所述第二与门的输出端和所述JK触发器的SET端电连接，所述第三与门的输出端和所述JK触发器的CLR端电连接，其中，所述SET端和CLR端分别为所述JK触发器的置位端和复位端；
所述JK触发器的时钟信号端接入采样时钟信号fclk，
所述JK触发器的正相输出端和所述第四与门的一输入端电连接，所述第四与门的另一输入端接入采样时钟信号fclk，第四与门的输出端与所述微处理器的计数器输入端电连接。
2.使用如权利要求1所述的一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路的一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相系统，其特征在于：包括有所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相电路，所述一种信号间相位差为0到2π的自动数字鉴相系统用于信号之间的相位差测量。
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