鉴相电路

2020/7/513.3鉴相电路2020/7/523.3.1概述鉴相电路又称相位解调电路，它的作用是将输入端的两个信号之间的相位差转换成某种输出信号，实现调相波的解调。输入端的两个信号，一个为输入信号，另一个为参考相位信号。输出信号可以是模拟电压，也可以是数字量。前者称为模拟鉴相电路，后者称为数字鉴相电路。2020/7/533.3.2相位／脉宽鉴相器相位／脉宽鉴相器是利用数字部件构成的鉴相电路，这种电路既简单又方便，它可把输入端信号间的相位差转换成脉冲宽度。该脉宽既可利用低通滤波器将其变成模拟输出电压，构成模拟鉴相电路，也可直接通过数字电路将其变成数字量，组成相位／数字鉴相电路。2020/7/54相位／脉宽鉴相器要求输入信号和参考信号必须都是方波序列脉冲信号，若不是方波信号，则应首先采用过零检测电路或放大整形电路将它们变成方波信号。电路根据输入和参考信号过零点的时间来工作，其输出亦为脉冲信号，脉冲宽度与两个输入波形之间的过零时间差（相位差）成比例，而与波形的其它部分无关。相位／脉宽鉴相电路通常用门电路和触发器组成。3.3.2相位／脉宽鉴相器2020/7/55l．异或门鉴相器异或门电路是指：当有两个输入信号时，在一个为“1”，一个为“0”的情况下，输出为“1”，否则输出为“0”的电路，或者说，“异”者为“1”，“同”者为“0”。能完成这种功能的异或门集成电路有74LS86和CD4070B等，也可由四个与非门电路组成。2020/7/56l．异或门鉴相器异或门由4个与非门构成的异或门2020/7/57l．异或门鉴相器ViVRVφVm-Vm22020/7/58l．异或门鉴相器ViVRVφ00~2e占空比δ=50％～02020/7/59l．异或门鉴相器ViVRVφ02~0e占空比δ=50％～100％2020/7/510φeVφ-VmVm-π/2π/20l．异或门鉴相器2meVV2020/7/511异或门鉴相器的测量范围为:异或门鉴相器的线性范围较小，且要求两个输入信号的占空比δ必须为50％，即它们是等宽方波。l．异或门鉴相器22e2020/7/5122．R－S触发器鉴相器RSQn+10101010011Qn2020/7/5132．R－S触发器鉴相器2020/7/5142．R－S触发器鉴相器ViVRVφ0V占空比δ=50％0e2020/7/5152．R－S触发器鉴相器ViVRVφ1meVV占空比δ50％0e2020/7/5162．R－S触发器鉴相器ViVRVφ1meVV占空比δ50％0e2020/7/5172．R－S触发器鉴相器φeVφVmVm-2π-ππ2π02020/7/518R－S触发器的鉴相特性为锯齿特性。输出电压的平均值及线性范围分别为2．R－S触发器鉴相器meVVeφeVφVmVm-2π-ππ2π02020/7/519R－S触发器鉴相器的线性范围比异或门鉴相器扩大了1倍，而且由于采用输入和参考信号的下降沿触发电路，故对输入和参考信号波形的占空比无特殊要求。但是在这种方案中利用RC微分网络提取跳变触发信号，虽然简单，却易受干扰而产生误触发。2．R－S触发器鉴相器2020/7/5203．J－K触发器鉴相器注意注意2020/7/521J－K触发器的逻辑关系：3．J－K触发器鉴相器1nnnQKQJQ2020/7/5223．J－K触发器鉴相器JKQn+100Qn10101011Qn1nnnQKQJQ'2222212121QKQJQQQQQQ当Vi下跳时：当VR下跳时：'1111121212QKQJQQQQQQ1nnnQKQJQ2020/7/5232020/7/5243．J－K触发器鉴相器ViVRVφQ1Q2=Q12Q02020/7/5253．J－K触发器鉴相器ViVRVφQ1Q2Vmφe(0~π)=Q12Q注意2020/7/5263．J－K触发器鉴相器ViVRVφQ1Q2VmΦe(π~2π)注意2Q=Q12020/7/527φeVφVm/22π4π03．J－K触发器鉴相器特性曲线2020/7/5283．J－K触发器鉴相器ViVRVφQ1Q2=Q12Q02020/7/529由图可见，J－K触发器鉴相器的鉴相特性亦为锯齿特性（R－S触发器鉴相器亦同），输出电压平均值及鉴相线性范围分别为：3．J－K触发器鉴相器emVV402e2020/7/530注意：φe=0，2π，4π，…点是奇异点，值不确定。所以J－K触发器鉴相器的有效鉴相范围为2π。J－K触发器鉴相器在整个相位差范围内都是线性的。由于革除了R－S触发器中的RC微分网络，提高了抗干扰能力。3．J－K触发器鉴相器V2020/7/531相位／数字转换器用以将输入信号与参考信号间的相位差转换为数字量输出。它可由模拟鉴相器和A/D转换器构成，但最简便的方法是利用基本数字电路将相位／脉宽鉴相器的输出脉冲宽度直接转换成数字量。采用R－S触发器鉴相器组成的相位／数字转换器电路如下图所示：3.2.3相位／数字转换器2020/7/5323.2.3相位／数字转换器加计数减计数2020/7/533由波形图可以看出，当Vφ=0时，鉴相器的输出脉冲Vφ为对称方波，即Vφ为1的持续时间t1与为0的持续时间t2相等，可逆计数器的加计数值N1与减计数值N2相等，因而电路的输出数字量D=0。当Vφ＜0时，Vφ为1的持续时间t1小于为0的持续时间t2，可逆计数器的计数值N1＜N2，输出数字量D必为负。同理，当Vφ＞0时，输出数字量D为正。由输出数字量的正、负可判断输入信号与参考信号相位间的超前、滞后关系，而输出数字量的大小与两信号间的相位差成比例。3.2.3相位／数字转换器2020/7/534即1212cpcpcpefDnNNttfkTfk3.2.3相位／数字转换器式中，fcp为时标脉冲频率；ω为输入信号的角频率，k为常数。2020/7/535检测相位的精度取决于时标脉冲频率fcp、输入频率、参考信号频率f的精度和稳定性。由于时钟频率一般都采用石英晶体振荡器产生，具有十分良好的稳定性，所以要实现高精度的测量，必须使输入和参考信号的频率保持稳定。另外，在数字测量中还存在±1LSB的量化误差，为提高相位测量的分辨率，应适当提高时标频率和降低输入信号频率。目视仪表系统中，若要求显示十进制数时，应采用二一十进制的可逆计数器。3.2.3相位／数字转换器2020/7/5363.2.4模拟鉴相电路模拟鉴相电路常被用来对输入信号进行相敏整流和放大；通常称为相敏整流电路或相敏整流放大器模拟鉴相电路是基于乘法原理而实现的。2020/7/5371、理想乘法器图3-23理想乘法器原理图图3-23理想乘法器原理图)()()()(tSinVttWSinVtViiiiii)()()(tCosVttWCosVVoooooo)()(tSinVtVeee2020/7/538)()()()(tSinVttWSinVtViiiiii)()()(tCosVttWCosVVoooooo)()(tSinVtVeeeoimeVVKV21)()()(tttoie2020/7/5392020/7/5402、鉴相器集成电路介绍