基于锁相环技术测量信号间相位差的数字相位计及其方法

摘要

本发明公开一种基于锁相环技术测量信号间相位差的数字相位计及其方法，所述数字相位计包括第一模拟低通滤波器、第二模拟低通滤波器、AD转换器和核心算法运算电路，第一模拟低通滤波器和第二模拟低通滤波器分别将基准信号和待测信号的高频噪声部分滤除；AD转换器将模拟信号转换为数字信号；核心算法运算电路测量基准数字信号的初始频率，产生正交信号，将正交信号分别与基准数字信号和待测数字信号混频、降频为基准直流信号，再经反正切运算得到基准信号与本地信号的相位差φ_a以及待测信号与本地信号的相位差φ_b，计算φ_b与φ_a之间的差值，得到待测信号与基准信号之间的相位差。本发明可广泛的用于测量信号间的相位差，尤其是高精度的测量相位差。

主权项

一种基于锁相环技术测量信号间相位差的数字相位计，其特征在于，包括：第一模拟低通滤波器、第二模拟低通滤波器、AD转换器和核心算法运算电路，其中，所述第一模拟低通滤波器与所述AD转换器相连，用于将基准信号的高频噪声部分滤除以提高基准信号的信噪比，得到基准模拟信号，发送至所述AD转换器；所述第二模拟低通滤波器与所述AD转换器相连，用于将待测信号的高频噪声部分滤除以提高待测信号的信噪比，得到待测模拟信号，发送至所述AD转换器；所述AD转换器与所述核心算法运算电路相连，用于将基准模拟信号转换为基准数字信号，以及，将待测模拟信号转换为待测数字信号；所述核心算法运算电路用于测量所述基准数字信号的初始频率，根据所述初始频率产生正交信号，将所述正交信号与基准数字信号混频、降频为基准直流信号，再经反正切运算得到基准信号与本地信号的相位差φ_a；以及，将所述正交信号与待测数字信号混频、降频为待测直流信号，再经反正切运算得到待测信号与本地信号的相位差φ_b，计算φ_b与φ_a之间的差值，得到待测信号与基准信号之间的相位差；所述核心算法运算电路包括频率计、本地振荡器、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第四低通滤波器、第一反正切运算器、第二反正切运算器、频率反馈控制器和减法器；其中，频率计与本地振荡器相连，本地振荡器分别与第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器和频率反馈控制器相连，第一乘法器、第一低通滤波器和第一反正切运算器依次相连，第二乘法器、第二低通滤波器和第一反正切运算器依次相连，第三乘法器、第三低通滤波器和第二反正切运算器依次相连，第四乘法器、第四低通滤波器和第二反正切运算器依次相连，第一反正切运算器分别与频率反馈控制器和减法器相连，第二反正切运算器与减法器相连；所述频率计用于对AD转换器发送的基准数字信号进行测量，得到基准数字信号的初始频率，并将所述初始频率反馈至本地振荡器；所述本地振荡器用于根据得到的初始频率产生正交的余弦信号和正弦信号，将所述余弦信号分别发送至第一乘法器和第三乘法器，将所述正弦信号分别发送至第二乘法器和第四乘法器；所述第一乘法器用于将所述余弦信号与AD转换器发送的基准数字信号相乘，并发送至第一低通滤波器；所述第二乘法器用于将所述正弦信号与AD转换器发送的基准数字信号相乘，并发送至第二低通滤波器；所述第三乘法器用于将所述余弦信号与AD转换器发送的待测数字信号相乘，并发送至第三低通滤波器；所述第四乘法器用于将所述正弦信号与AD转换器发送的待测数字信号相乘，并发送至第四低通滤波器；所述第一低通滤波器用于将第一乘法器发送的信号降频为第一直流信号，发送至第一反正切运算器；所述第二低通滤波器用于将第二乘法器发送的信号降频为第二直流信号，发送至第一反正切运算器；所述第三低通滤波器用于将第三乘法器发送的信号降频为第三直流信号，发送至第二反正切运算器；所述第四低通滤波器用于将第四乘法器发送的信号降频为第四直流信号，发送至第二反正切运算器；所述第一反正切运算器用于将所述第二直流信号和第一直流信号进行反正切运算得到基准信号与本地振动器输出的本地信号的相位差φ_a；所述第二反正切运算器用于将所述第四直流信号和第三直流信号进行反正切运算得到待测信号与本地振动器输出的本地信号的相位差φ_b；所述减法器用于计算φ_b与φ_a之间的差值，得到待测信号与基准信号之间的相位差，并输出；所述频率反馈控制器用于计算本地振荡器和基准信号间的频率误差，反馈给本地振荡器，以调整本地振荡器信号的频率，使本地振荡器信号的频率跟随基准信号的变化。