TWI438445B - Measurement method of signal delay time - Google Patents

Description

信號延遲時間之量測方法

本發明係關於一種量測方法，尤指一種信號延遲時間之量測方法。

頻率測量的精準度，除了本身的規格外，同時也會影響到其他量測值的精準度，因為有許多測量值都是以信號週期為基礎做運算，例如有效值(root mean square；rms)、諧波成份與總諧波失真(Total Harmonic Distortion；THD)，因此精準的頻率量測是相當必要的。

然而，在硬體上直接偵測信號頻率，非常容易受到細微的雜訊以及取樣時脈(sampling clock)的解析度影響，而使得所測量到的頻率精確度有限。

習知技術中若要求得解析度大於取樣時脈之頻率的信號頻率，必須持續量測多個週期的信號，再將多個週期的時間累加，並計算其平均值，但是這樣的頻率量測方法需要花費較多的時間，且計算出的頻率係為眾多週期波的頻率平均值，觀察者無法從中判別出每一個週期波的信號延遲時間。

緣此，本發明之主要目的係提供一種信號延遲時間之量測方法，該量測方法係用以對兩個週期波進行取樣，並計算出兩個週期波之間的信號延遲時間。

一種信號延遲時間之量測方法，係用以對具有一粗略週期之一待測信號進行量測，以求得該待測信號中之一第一週期波與一第二週期波間之一信號延遲時間，該第一週期波與該第二週期波係相距一預設整數倍數之該粗略週期，該量測方法係包括：於一起點時間與一終點時間範圍內，擷取該第一週期波以成為一第一取樣信號；自距離該起點時間與該終點時間之該預設整數倍數之該粗略週期範圍內，擷取該第二週期波以成為一第二取樣信號；計算該第一取樣信號之一第一振幅總和；計算該第二取樣信號之一第二振幅總和；計算該第一振幅總和與該第二振幅總和之一總振幅差值；利用該總振幅差值、該第一週期波於該起點時間處之振幅、該第一週期波於該終點時間處之振幅、該起點時間與該終點時間求得該信號延遲時間。

於本發明之一較佳實施例中，該信號延遲時間係為M *△S /[(M +1)*(f (t 1)-f (f 2))]，其中M係為該終點時間與該起點時間之時間差，△S 係為該總振幅差值，f (t 1)係為該第一週期波於該起點時間處之振幅，f (t 2)係為該第一週期波於該終點時間處之振幅。

於本發明之一較佳實施例中，該第一取樣信號係為一線性信號。

相較於習知之頻率量測方法，本發明之信號延遲時間之量測方法能夠對待測信號中的任意兩個週期波進行取樣與計算，並得到兩個週期波之間的信號延遲時間，因此所需的量測時間較短，並且能夠判別出單一週期波之信號延遲時間，深具實用價值。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

本發明係關於一種量測方法，尤指一種信號延遲時間之量測方法。以下茲列舉一較佳實施例以說明本發明，然熟習此項技藝者皆知此僅為一舉例，而並非用以限定發明本身。有關此較佳實施例之內容詳述如下。

請參閱第一圖、第二圖與第三圖，第一圖係為待測信號之示意圖，第二圖係為第一週期波與第二週期波疊合之示意圖，第三圖係為本發明信號延遲時間之量測方法之流程圖。本發明之信號延遲時間之量測方法，係用以對具有一粗略週期C之一待測信號進行量測，以求得該待測信號中之一第一週期波S1與一第二週期波S2間之一信號延遲時間β，該第一週期波S1與該第二週期波S2係相距一預設整數倍數之該粗略週期C，而於本實施例中，僅以該第一週期波S1與該第二週期波S2差距一個粗略週期C作為舉例，該量測方法係包括以下步驟：

於一起點時間t1與一終點時間t2範圍內，擷取該第一週期波S1以成為一第一取樣信號S11(步驟S101)；自距離該起點時間t1與該終點時間t2之該預設整數倍數之該粗略週期C範圍內，擷取該第二週期波S2以成為一第二取樣信號S21(步驟S103)。

接著，計算該第一取樣信號S11之一第一振幅總和(步驟S105)，並計算該第二取樣信號S22之一第二振幅總和(步驟S107)；在得到第一振幅總和與第二振幅總和後，計算該第一振幅總和與該第二振幅總和之一總振幅差值△S(步驟S109)。

最後，利用該總振幅差值△S、該第一週期波於該起點時間處之振幅、該第一週期波於該終點時間處之振幅、該起點時間t1與該終點時間t2求得該信號延遲時間ß(步驟S111)；其中，於本實施例中之較佳者，該信號延遲時間ß係為M *△S /[(M +1)*(f (t 1)-f (t 2))]，其中M係為該終點時間t2與該起點時間t1之時間差，f (t 1)係為該第一週期波於該起點時間處之振幅，f (t 2)係為該第一週期波於該終點時間處之振幅。

為了更清楚的描述本發明之信號延遲時間之量測方法，以下將說明計算公式之推導。

首先，假設第一取樣信號S11與第二取樣信號S21為一線性信號，亦即第一取樣信號S11與第二取樣信號S21之振幅與時間呈線性相關，因此第一取樣信號S11與第二取樣信號S21之振幅之斜率皆為(f(t1)-f(t2))/M，而第一取樣信號S11與第二取樣信號S21於同一時間點上之振幅差則為β*(f(t1)-f(t2))/M，因此第一取樣信號S11與第二取樣信號S21之總振幅差值ΔS即為(M+1)*β*(f(t1)-f(t2))/M，經由分式整理將信號延遲時間β獨立出後，即可得知信號延遲時間β為M *ΔS /[(M +1)*(f (t 1)-f (t 2))]；要特別說明的是，雖然公式推導中假設第一取樣信號S11與第二取樣信號S21為一線性信號，然實際量測時第一取樣信號S11與第二取樣信號S21仍可以為非線性信號；此外，在量測信號延遲時間β時，ΔS越大、取樣時脈之頻率越大、第一取樣信號S11與第二取樣信號S21越接近線性信號或者時間差M越大，則信號延遲時間β之解析度就越大。

綜合以上所述，相較於習知之頻率量測方法，本發明之信號延遲時間之量測方法能夠對待測信號中的任意兩個週期波進行取樣與計算，並得到兩個週期波之間的信號延遲時間β，以供使用者利用信號延遲時間β進一步估算出叫高解析度的待測訊號的頻率，由於本頻率量測方法不需持續量測多個週期波即可進行計算，因此所需的量測時間較短，並且能夠判別出單一週期波之信號延遲時間β利用深具實用價值。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

C．．．粗略週期

S1．．．第一週期波

S11．．．第一取樣信號

S2．．．第二週期波

S21．．．第二取樣信號

β．．．信號延遲時間

t1．．．起點時間

t2．．．終點時間

ΔS．．．總振幅差值

第一圖係為待測信號之示意圖；

第二圖係為第一週期波與第二週期波疊合之示意圖；以及

第三圖係為信號延遲時間之量測方法之流程圖。

S1．．．第一週期波

S11．．．第一取樣信號

S2．．．第二週期波

S21．．．第二取樣信號

β．．．信號延遲時間

t1．．．起點時間

t2．．．終點時間

ΔS．．．總振幅差值

Claims (3)

1. 一種信號延遲時間之量測方法，係用以對具有一粗略週期之一待測信號進行量測，以求得該待測信號中之一第一週期波與一第二週期波間之一信號延遲時間，該第一週期波與該第二週期波係相距一預設整數倍數之該粗略週期，該量測方法係包括：(a)於一起點時間與一終點時間範圍內，擷取該第一週期波以成為一第一取樣信號；(b)自距離該起點時間與該終點時間之該預設整數倍數之該粗略週期範圍內，擷取該第二週期波以成為一第二取樣信號；(c)計算該第一取樣信號之一第一振幅總和；(d)計算該第二取樣信號之一第二振幅總和；(e)計算該第一振幅總和與該第二振幅總和之一總振幅差值；以及(f)利用該總振幅差值、該第一週期波於該起點時間處之振幅、該第一週期波於該終點時間處之振幅、該起點時間與該終點時間求得該信號延遲時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之信號延遲時間之量測方法，該信號延遲時間係為M *△S /[(M +1)*(f (t 1)-f (t 2)]，其中M係為該終點時間與該起點時間之時間差，△S 係為該總振幅差值，f (t 1)係為該第一週期波於該起點時間處之振幅，f (t 2)係為該第一週期波於該終點時間處之振幅。
3. 如申請專利範圍第1項所述之信號延遲時間之量測方法，其中該第一取樣信號係為一線性信號。