一种能提高测量相位的响应速度的电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种能提高测量相位的响应速度的电路。由“多周期同步闸门发生器和控制电路”、模拟开关Ｋ、积分器、比较器、时钟、闸门１、闸门２、计数器１、计数器２、微处理器、通道１、通道２和鉴相器组成，不论被测相位的大小，每次测量结束时积分器输出电压都返回零值。因此，每次测量都不会影响下一次测量，从而保证了尽量快的响应速度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于测量仪器领域，涉及一种能提高测量相位的响应 速度的电路。背聚技术目前测量相位方法由以下几个步骤实现(见图1):1，有两路同频的正弦波(图la， lb)，其中一路(图lb)比另一路(图la)滞 后时间t 。通过高放大倍数的通道先将它们分别整形成方波(图lc， ld)，在 整形的过程中应确保过零点在时间轴上的位置不变；2，上述的两路方波同时输入鉴相器后，鉴相器输出反映相位差的鉴相脉冲(图 le),鉴相脉冲的上升沿与方波lc的上升沿相符，鉴相脉冲的下降沿与方波ld 的上升沿相符。鉴相脉冲的宽度为t,鉴相脉冲的周期为T,鉴相脉冲的高电平 为正基准电压值Vr，鉴相脉冲的低电平为零电压。被测的相位差与鉴相脉冲的 占空比t/ T成正比 相位差-360X t + T。3, 由于在音频范围t和T都是很小的量(频率在lMHz时周期T仅为lnS,对 应1°的t仅为0.0028nS。即使在lkHz时周期T仅为lmS,对应1°的t仅为 2.8^S)。因此不可能用填充时钟脉冲的方法来测量。目前通常都采用低通滤波器 得到鉴相脉冲的平均值Vr X t + T。显然，该直流成分与被测的相位差成 正比。用数字电压表测量该平均值，选择适当的权重，数字电压表即可直接显示相位读数o4, 由于音频的低端，频率已低到lHz，所以低通滤波器必须具有极大的时间常 数才能在音频的低端获得较理想的直流成分，数字电压表才能测量得到稳定的读数。但低通滤波器的时间常数很大后，滤得的直流成分也将有很长的建立时间，由此产生了测量相位存在很慢的响应时间的问题。例如当被测相位差由90 度突然改变为零度时，原先储存在滤波电容中的电荷不会突变，而是缓慢释放。 相应于此相位计的读数并不由090.00突然改变为000.00,而是由090.00逐渐 减小，最后到达000.00的读数，这往往需要几秒钟的时间。
技术实现思路
本技术的目的是提高测量相位的响应速度。图2画出了本实 用新型的方框图，图3是时间关系图。本技术由"多周期同步闸门发生器和控制电路"、模拟开关K、积分 器、比较器、时钟、闸门l、闸门2、计数器l、计数器2、微处理器、通道l、 通道2和鉴相器组成。"多周期同步闸门发生器和控制电路"的输出端连接模拟 开关K的控制端，模拟开关K的三个输入端分别连接鉴相脉冲、负基准电压-Vr 和积分器的输出端，模拟开关K的输出端连接积分器的输入端，积分器的输出 端还连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接地，比较器的输出端连 接"多周期同步闸门发生器和控制电路"的输入端。多周期同步闸门发生器产生与被测信号同步的闸门信号，它产生的闸门信 号的宽度总是被测信号周期的整数倍，即闸门信号的宽度T1是被测信号周期T 的整数N倍，Tl= NT。并且它能根据被测信号的频率自动选择周期的个数，频 率低时自动选择较少周期个数(至少一个)，频率高时自动选择较多周期个数， 总使得T1的宽度都在一个事先选定的时间宽度(例如100mS)附近。图2中的积分器实现了多周期同步闸门信号期间N个鉴相脉冲(图3a)的 宽度的模拟相加。平时积分器的输入开关K处于位置3，反馈电路使积分电容 放电，积分器输出电压为零。每次测量开始后多周期同步闸门发生器产生同步闸门T1 (图3b) ，T1期间开关K处于位置1，鉴相脉冲(图3a)输入积分器。 积分器开始负向积分，积分器的输出电压如图3d所示，多周期同步闸门结束后 控制电路使开关处于位置2，负基准电压-Vr输入积分器。积分器开始正向积分。 经T2时间后积分器输出电压达到零值，并被比较器检出，比较器通知控制电路， T2脉冲结束，使开关又处于位置3， 一次测量结束。由图3d可见只要正负基准 电压的绝对值相等，T2脉冲的宽度正好等于多周期同步闸门期间N个鉴相脉冲 的宽度的模拟相加，T2-Nt。虽然被测信号的频率很髙时，鉴相脉冲的宽度很小， 但是由于N很大，T2仍然很大。例如当被测信号的频率为lMHz时，周期为1^, 对应1°的t仅为0.0028^S。如果参考门信号的宽度大约为100mS, N大约等于 10万，T2大约等于280^。借助积分器的模拟相加的作用，不论被测信号的频 率为何，都可以得到足够宽的Tl和T2脉冲，可以采用填充计数的方法测量相 位差。图4画出了计数器的电路图。 一个公共的时钟同时向两个计数器提供时钟 脉冲，时钟脉冲的周期为tc 。 Tl期间闸门1打开，计数器1对时钟脉冲计数得 到读数N1， NlXtc-Tl。 T2期间闸门2打开，计数器2对时钟脉冲计数得到读 数N2， N2Xtc-T2。将N1和N2输入微处理器并做以下运算即可得到相位差的 读数。相位差0 = 360乂1+ T-360XN2+N1 本技术的有益效果是不论被测相位的大小每次测量结束时积分器输出电压都返回零值。因此，每次测量都不会影响下一次测量，从而保证了尽量快的响应速度。附图说明图1是鉴相脉冲产生的时间关系图。图2是积分器实现鉴相脉冲宽度模拟相加的方框图。图3是积分器实现鉴相脉冲宽度模拟相加的时间关系图。图4是两个计数器和微处理器的原理图。图5是本技术的一个具体的实现电路。具体实施方式图5中详细画出了多周期同步闸门信号发生器、积分器和微 处理器的原理图。多周期同步闸门信号发生器由D型触发器Ql和Q2组成。触发器Ql的D 输入端接地，触发器Q2的D输入端连接触发器Ql的Ql输出端，通道2的输 出端连接触发器Ql和Q2的时钟输入端，触发器Ql的置1端SD连接微处理器 的输出端2。 D型触发器Ql和D型触发器Q2连接成移位寄存器。两路正弦信 号分别通过通道1和通道2被整形成方波，两路方波输入鉴相器得到鉴相脉冲。 同时通道2输出的方波又作为时钟脉冲驱动移位寄存器Ql和Q2。由于第一级寄 存器Ql的输入端D接地，在时钟脉冲正跳变驱动下Ql和Q2都将处于零状态。 Al为积分器，A2为零比较器。场效应管K1、 K2和K3为模拟开关，任何时候三 个开关中只有一个接通。CPU输出的TTL信号需经FET驱动电路才能控制模拟开 关的通断。每次测量开始前CPU的输出端1输出复位信号使模拟开关K3导通，积分电 容上的电荷经电阻Rl全部放完，积分器Al输出零电压。测量开始后CPU的输 出端2输出宽度约为lOOmS的参考门信号，参考门信号为负脉冲。参考门信号 使移位寄存器的第一级Ql强迫置1,在时钟脉冲正跳变驱动下Q2也将处于1状 态。参考门信号结束后第一个来到的时钟脉冲正跳变将使Ql复原为0，第二个来到的时钟脉冲正跳变将使Q2复原为0， Q2输出一个完全与被测信号同步的正 脉冲T1，它的宽度是被测信号周期T的整数倍T1-NT, Tl即是多周期同步闸门 信号。它的宽度比参考门信号稍大，从而实现了N的自动选择。在T1期间模拟 开关Kl导通，积分器对鉴相脉冲积分。Tl结束时Tl的负跳变使JK触发器置1， 输出T2脉冲使模拟开关K2导通，积分器对负基准电压-VR进行反向积分，当积 分器的输出电压达到零电压,比较器A2的输出电压发生负跳变使JK触发器置0， T2脉冲结束，同时通知CPU使其输出复位信号使模拟开关K3导通，积分器复原， —次测量结束。T1和T2的宽度由CPU内部的计数器测量得到数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能提高测量相位的响应速度的电路，由“多周期同步闸门发生器和控制电路”、模拟开关Ｋ、积分器、比较器、时钟、闸门１、闸门２、计数器１、计数器２、微处理器、通道１、通道２和鉴相器组成，其特征在于“多周期同步闸门发生器和控制电路”的输出端连接模拟开关Ｋ的控制端，模拟开关Ｋ的三个输入端分别连接鉴相脉冲、负基准电压－Ｖｒ和积分器的输出端，模拟开关Ｋ的输出端连接积分器的输入端，积分器的输出端还连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端接地，比较器的输出端连接“多周期同步闸门发生器和控制电路”的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾慰君，
申请(专利权)人：天津市微仪电子仪器科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]