CN207832894U - 一种电子信号相位差测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种电子信号相位差测量装置，涉及电子技术和广播电视领域，解决现有方法且只能测量半个周期，且测量精度低以及测量成本较大等问题，包括信号A输入端，第一放大器，第一自动增益控制器，第一过零比较器，第一史密特电路，叠加器，信号B输入端，第二自动增益控制器，倒相控制端，第一正反符号器，第二放大器，第二过零比较器，第二史密特电路，峰值检波器，D触发器，第二正反符号器和输出端；本实用新型采用两个信号直接或倒相之后再叠加的方法，输出电压与两个信号相位差成反余弦函数关系，利用换挡的方法。可以在整个2π完整周期内具有良好的线性度。因为信号整个周期中所有的信息都参与测量，测得的数据稳定，准确度较高。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术和广播电视领域，运用这种技术，可以设计无线电信号干涉仪，用于测量广播电视发射机等无线电发射源所在方位。
背景技术
近年来在国内各主要城市大量出现非法黑电台，冒充国家合法媒体，主要从事假药宣传。为了有效监管广播电视及无线电环境，打击其黑电台非法活动，需要监测广播电视节目的合法性，并且测量定位非法电台。这就要使用一种可以测量无线电发射源所在方向的无线电信号干涉仪，其原理就是通过测量无线电信号的相位差来计算出信源所在的方向角。
目前快速测量无线电信号的相位差主要方法是测量两个信号在过零点处的时间差，再根据频率换算成为相位差。也就是说，只有信号的过零点信息用于测量，而其它时刻信号的信息根本未被利用。在实际电路中，因为信号叠加了噪声或者受到干扰，或电路失真导致过零点时刻并不准确，所以这种方法测量精度不是很高。
还有采用模拟乘法器对两个信号相乘之后再滤波，测量乘积信号中直流分量与两个信号之间成余弦函数关系。这种方法的测量范围是(0，π)开区间，不能覆盖整个2π周期，只能测半个周期。并且在0、π以及整数π的附近线性不好，精度不高。成本和精度受模拟乘法器电路影响较大。
发明内容
本发明为解决现有方法且只能测量半个周期，且测量精度低以及测量成本较大等问题，提供一种电子信号相位差测量装置。
一种电子信号相位差测量装置，包括信号A输入端，第一放大器，第一自动增益控制器，第一过零比较器，第一史密特电路，叠加器，信号B输入端，第二自动增益控制器，倒相控制端，第一正反符号器，第二放大器，第二过零比较器，第二史密特电路，峰值检波器，D触发器，第二正反符号器和输出端；
所述信号A输入端与第一放大器电联接，第一放大器输出端与第一自动增益控制器的输入端电联接，第一自动增益控制器的输出端与第一放大器的控制端电联接，第一放大器与叠加器电联接，第一放大器与第一过零比较器电联接，第一过零比较器与第一史密特电路电联接，第一史密特电路与D触发器的CP 端电联接，
信号B输入端与第一正反符号器电联接，倒相控制端与第一正反符号器控制端电联接，第一正反符号器与第二放大器电联接，第二放大器输出端与第二自动增益控制器输入端电联接，第二自动增益控制器输出端与第二放大器控制端电联接，第二放大器与叠加器电联接，第二放大器与第二过零比较器电联接，第二过零比较器与第二史密特电路电联接，第二史密特电路与D触发器的D端电联接，叠加器与峰值检波器电联接，峰值检波器与第二正反符号器电联接，D 触发器的Q端与第二正反符号器的控制端电联接，第二正反符号器输出端与输出端电联接。
本发明的有益效果：本发明提供的测量装置可以充分利用信号波形上所有的信息，很适合测量微小相位差，测量精度高，抗干扰能力强。相乘后测直流分量的方法可测量范围只限于半个周期以内，不但在整数π附近线性不好，甚至在整数π处无法测量，而且还需要使用复杂的乘法器电路。相对于这种方法，本发明提供的电路和方法不但可以有较覆盖整个2π周期，而且在整个闭区间内都有很好的线性。因为本发明不需要乘法器，所以电路简单，用成本较低的模拟电路、数字电路或者没有硬件乘法器的单片机都能取得较好的测量效果。
本发明采用两个信号直接或倒相之后再叠加的方法，输出电压与两个信号相位差成反余弦函数关系，直接叠加测量范围是(0，2π)开区间，最佳线性区位于π的整数倍附近；倒相之后叠加测量范围是(-π，π)开区间，最佳线性区位于2π的整数倍附近；利用换挡的方法。可以在整个2π完整周期内具有良好的线性度。因为信号整个周期中所有的信息都参与测量，所以测得的数据稳定，准确度较高。即可以直接用模拟电路制作相位差测量装置，也可以用软件测量数字化之后的信号。因为不需要乘法计算，所以可以用那种不带硬件乘法器的低成本单片机或简单数字逻辑设计电路。不但成本低，精度高，测量范围能够覆盖信号完整周期，而且在整个测量范围内都有很好的线性。
附图说明
图1为本发明所述的一种电子信号相位差测量装置的原理框图；
图2为本发明所述的一种电子信号相位差测量装置中第一正反符号器或第二正反符号器电路原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种电子信号相位差测量装置，包括信号A输入端1，第一放大器2，第一自动增益控制器3，第一过零比较器4，第一史密特电路5，叠加器6，信号B输入端7，第二自动增益控制器8，倒相控制端9，第一正反符号器10，第二放大器11，第二过零比较器12，第二史密特电路13，峰值检波器14，D触发器15，第二正反符号器16 和输出端17；
所述信号A输入端1与第一放大器2电联接，第一放大器2输出端与第一自动增益控制器3的输入端电联接，第一自动增益控制器3的输出端与第一放大器2的控制端电联接，第一放大器2与叠加器6电联接，第一放大器2与第一过零比较器4电联接，第一过零比较器4与第一史密特电路5电联接，第一史密特电路5与D触发器15的CP端电联接；
信号B输入端7与第一正反符号器10电联接，倒相控制端9与第一正反符号器10控制端电联接，第一正反符号器10与第二放大器11电联接，第二放大器11输出端与第二自动增益控制器8输入端电联接，第二自动增益控制器8输出端与第二放大器11控制端电联接，第二放大器11与叠加器6电联接，第二放大器11与第二过零比较器12电联接，第二过零比较器12与第二史密特电路 13电联接，第二史密特电路13与D触发器15的D端电联接，叠加器6与峰值检波器14电联接，峰值检波器14与第二正反符号器16电联接，D触发器15 的Q端与第二正反符号器16的控制端电联接，第二正反符号器16输出端与输出端17电联接。
结合图2说明本实施方式，第一正反符号器10和第二正反符号器16结构相同，均包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器U1、场效应管Q1、信号输入端IN、信号输出端OUT和符号控制端CTL；
信号输入端IN分别与电阻R3的一端以及电阻R5的一端连接，所述电阻R3 的另一端分别与电阻R4的一端以及运算放大器U1的反相输入端连接，电阻R4 的另一端与运算放大器U1的信号输出端OUT连接，运算放大器U1的同相输入端分别与电阻R5的另一端以及场效应管Q1的漏极D连接，场效应管Q1的源极 S接地，场效应管Q1的栅极G为符号控制端CTL；
当CTL控制端为高电平时，Q1导通，使运算放大器U1第5脚接地，输出端 OUT与输入端IN的信号振幅相同，输出端OUT电压与输入端IN绝对值相同，但极性符号相反，相位差为π；当CTL控制端为低电平时，Q1截止，输出端OUT 与输入端IN的信号振幅相同，输出端OUT电压与输入端IN相同，相位差为0。
本实施方式的工作原理为：为了测量A和B两个信号的相位差，A从信号 A输入端1输入电路，B从信号B输入端输入电路；在第一自动增益控制器3 的控制下，信号A被第一放大器2放大成为固定振幅为X的信号，并保持相位不变；在第二自动增益控制器8的控制下，信号B被第二放大器11放大成为固定振幅也为X的信号；在倒相控制端9不同高低电平逻辑，控制第一正反符号器10向第二放大器11输入B信号的同相位或反相位信号，如果倒相控制端9 的电平逻辑为高，那么所述第一正反符号器10的输出电压与其输入电压相同，否则输出电压与输入电压的绝对值相同，但极性符号相反；在第一自动增益控制器3和第二自动增益控制器8的控制下，信号A与信号B始终以相同的振幅 X送入叠加器6，叠加器6的电压传递关系为：
Y＝C(A+B)＝CX[cos(ωt+ΦA)+cos(ωt+ΦB)]
其中Y为输出电压信号；C为叠加增益常数，叠加增益常数为0.5，由电路或软件设计可以确定；X是信号A和信号B的振幅，ω是信号A和信号B的角频率，ΦA是信号A的初相，ΦB是信号B的初相；
从叠加器6输出的信号Y送入峰值检波器14，取得信号Y的峰值Z；第一过零比较器4把从第一放大器2输出的信号在零点转换成为方波，经过第一史密特电路5整形之后送入D触发器15的CP输入端；第二过零比较器12把从第二放大器11输出的信号在零点转换成为方波，经过第二史密特电路13整形之后送入D触发器15的D输入端；D触发器15的Q输出端电平标志了A和B 两个信号相位差的正负极性，如果为高电平，那么说明信号A滞后于信号B，就把峰值检波器14输出的信号取反送到输出端17；否则就是信号A超前于信号B；则第二正反符号器16把峰值检波器14输出的信号送到输出端17；测量输出端17的电压V，计算两个信号的相位差：
当A和B两个信号相位差在[π/2，3π/2]闭区间时，相位差与输出电压V 已经具有较好的线性关系，如果利用上述的反余弦计算可以获得更高的精度。当A和B两个信号相位差在2π整数倍附近时，相位差与输出电压V之间的线性度不理想，因此在相位差在(-π/2，π/2)开区间，利用倒相控制端9，控制第一正反符号器10，把信号B反相之后送入第二放大器11，此时测量输出端17 的电压U，计算两个信号的相位差：
反相之后在此区间的相位差与输出电压V具有较好的线性关系，如果利用上述的反余弦计算可以获得更高的精度。
本实施方式中，还可以采用另一种方式获得信号A和信号B的相位差，即：输出端17的输出电压V，与信号A和信号B的相位差近似线性关系，最大误差发生在nπ/2处，最大相对误差不超过3％，用近似公式可直接计算信号A 和信号B的相位差：
Claims (2)
1.一种电子信号相位差测量装置，包括信号A输入端(1)，第一放大器(2)，第一自动增益控制器(3)，第一过零比较器(4)，第一史密特电路(5)，叠加器(6)，信号B输入端(7)，第二自动增益控制器(8)，倒相控制端(9)，第一正反符号器(10)，第二放大器(11)，第二过零比较器(12)，第二史密特电路(13)，峰值检波器(14)，D触发器(15)，第二正反符号器(16)和输出端(17)；
所述信号A输入端(1)与第一放大器(2)电联接，第一放大器(2)输出端与第一自动增益控制器(3)的输入端电联接，第一自动增益控制器(3)的输出端与第一放大器(2)的控制端电联接，第一放大器(2)与叠加器(6)电联接，第一放大器(2)与第一过零比较器(4)电联接，第一过零比较器(4)与第一史密特电路(5)电联接，第一史密特电路(5)与D触发器(15)的CP端电联接，
信号B输入端(7)与第一正反符号器(10)电联接，倒相控制端(9)与第一正反符号器(10)控制端电联接，第一正反符号器(10)与第二放大器(11)电联接，第二放大器(11)输出端与第二自动增益控制器(8)输入端电联接，第二自动增益控制器(8)输出端与第二放大器(11)控制端电联接，第二放大器(11)与叠加器(6)电联接，第二放大器(11)与第二过零比较器(12)电联接，第二过零比较器(12)与第二史密特电路(13)电联接，第二史密特电路(13)与D触发器(15)的D端电联接，叠加器(6)与峰值检波器(14)电联接，峰值检波器(14)与第二正反符号器(16)电联接，D触发器(15)的Q端与第二正反符号器(16)的控制端电联接，第二正反符号器(16)输出端与输出端(17)电联接。
2.根据权利要求1所述的一种电子信号相位差测量装置，其特征的于；第一正反符号器(10)和第二正反符号器(16)结构相同，均包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、运算放大器U1、场效应管Q1、信号输入端IN、信号输出端OUT和符号控制端CTL；
信号输入端IN分别与电阻R3的一端以及电阻R5的一端连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端以及运算放大器U1的反相输入端连接，电阻R4的另一端与运算放大器U1的信号输出端OUT连接，运算放大器U1的同相输入端分别与电阻R5的另一端以及场效应管Q1的漏极D连接，场效应管Q1的源极S接地，场效应管Q1的栅极G为符号控制端CTL。
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| CN201820161981.1U CN207832894U (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种电子信号相位差测量装置 |
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| CN108037363A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-05-15 | 吉林省广播电视研究所(吉林省新闻出版广电局科技信息中心) | 一种电子信号相位差测量装置及方法 |
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- 2018-01-30 CN CN201820161981.1U patent/CN207832894U/zh active Active
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| CN108037363A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-05-15 | 吉林省广播电视研究所(吉林省新闻出版广电局科技信息中心) | 一种电子信号相位差测量装置及方法 |
| CN108037363B (zh) * | 2018-01-30 | 2023-08-01 | 吉林省广播电视研究所(吉林省新闻出版广电局科技信息中心) | 一种电子信号相位差测量装置及方法 |
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