Визначення фази між сигналами квадратної та синусоїди

У мене є схема, яка має цифровий квадратний хвильовий вхід (породжений PLD, 1,8 Вп) і синусоїдальний вихід (0,5 - 3,5 Вп). Обидва сигнали мають частоту 100 кГц, проте фаза відрізняється.

Який хороший спосіб виявити різницю фаз між цими двома сигналами? Фазові детектори, які я бачив до цього часу, є або для всіх цифрових, або для всіх аналогових сигналів? Чи є така схема для змішаних сигналів, як у мене?

Оновлення

Знання різниці фаз на 1 ступінь достатньо для мого застосування. Частоти завжди заблоковані відносно один одного і ніколи не змінюються. Квадратна хвиля приводить в дію аналогову електроніку, а аналоги виробляють синусоїду, в якій є модульований сигнал AM. Амплітуда сигналу, однак, дуже низька порівняно з амплітудою носія. У зв'язку з виробничою мінливістю аналоги (включаючи деякі індуктори з ручним намотуванням) мають високу мінливість фази, і я намагаюся придумати метод автоматичної настройки для DSP, який обробляє вихідну синусоїду.

digital-logic analog

— удушу
джерело

Наскільки точно потрібно знати різницю фаз? І чи потрібно це робити як разовий експеримент або як частина поточної функції вашої схеми? Чи фактично дві частини заблоковані частотою разом (або їх похідна частота є загальною посиланням) чи вони обидві номінально 100 кГц?

— The Photon

Відповіді:

Фазове виявлення є найпростішим для цифрових сигналів; це в основному ворота XOR. Я перетворив би синус в квадратну хвилю. Подавайте компаратор із синусом на одному вході та усередненим синусом (LPF) на іншому, щоб компаратор давав квадратичну хвилю 50% робочого циклу. Потім використовуйте цифровий фазовий детектор.

— stevenvh
джерело

Я розглядав можливість використання компаратора для створення синусоїди з квадратної хвилі, але проблема полягає в тому, що амплітуда синусоїди може змінюватися в межах 0,5 - 3,5 В. Це мінливість виробництва, і я нічого не можу зробити з цього приводу. Хоча нульове перехресне виявлення може бути рішенням у цьому випадку ... Можливо, варто подумати.

— удушу

@udushu - усереднене LPF вирішує це. Він подбає про різну амплітуду та зміщення постійного струму.

— stevenvh

@stevenvh, я не думаю, що LPF недостатньо, щоб гарантувати, що амплітуда вхідного сигналу не впливає на вимірювання фази. Порівняльники мають властивість, яку називають дисперсією, що означає, що затримка поширення змінюється у міру зміни амплітуди входу. Схоже, компаратор, який може задовольнити потреби ОП у фазових помилках (близько 40 нс) без подальшої компенсації, також повинен мати достатньо низьку дисперсію; але це буде важливо перевірити, підбираючи компаратор для цього використання.

— The Photon

@ThePhoton - Ви маєте бал, але ОП ще не згадав його точність на 1 °, коли я відповів. OTOH є компаратори зі значно меншою дисперсією 100 пс, що на кілька порядків краще, ніж 1 °.

— stevenvh

@ThePhoton - Здається, що порівняння з нульовим хрестом - це рішення. Дякую всім за обговорення.

— удушу

Оскільки ви говорите, що у вас є DSP, що обробляє синусоїду, ви можете використовувати складне перетворення Фур'є для вимірювання фази (вам потрібно лише оцінити DFT за відомою частотою).

Це насправді тісно пов’язане з тим, що запропонував Curd щодо змішування - одноточковий DFT - це тип змішувача, за яким слід інтегратори або фільтри низьких частот. Різниця полягає в тому, що, зробивши це в складній області (або використовуючи змішувач IQ в аналоговому), можна визначити кут складного виходу. Використовуючи лише реальні компоненти або лише один змішувач, ви не можете сказати, що чутливість від відставання, а чутливість амплітуди була б більшою проблемою.

— Кріс Страттон
джерело

Бажаю, щоб я міг. Це вирішило б багато проблем, які у мене зараз є. На жаль, DSP, який я маю використовувати, ніде не має сил, необхідних для роботи в режимі реального часу DFT за сигналом 100 кГц.

— удушу

Вам потрібно обчислити лише один відрізок частоти - не звичайні # bins = # зразки, які асоціюються з перетворенням фур'є. Також, як часто доводиться вимірювати фазу? Якщо нечасто, справжнє питання полягає в тому, чи може ваша система робити вибірку та зберігати з такою швидкістю, а не якщо вона може обробляти її.

— Кріс Страттон

В даний час DSP налаштований для вибірки на частоті 20 кГц, і відбирається лише демодульований сигнал, а не носій 100 кГц. Я не думаю, що скромний dsPIC33, який я використовую, зможе взагалі відібрати сигнал на 100 кГц.

— удушу

@udushu швидкий пошук дозволяє припустити, що dsPIC зможе зробити мегаспробу / секунду. Але якщо аналогова пропускна здатність є достатньою, і ви знаєте частоту, ви також можете навмисно підкреслити вибір і використати псевдонім.

— Кріс Страттон

Якщо припустити, що амплітуди обох вхідних сигналів постійні (якщо їх немає, то вони можуть бути постійними ланцюгом AGC), ви можете використовувати мікшер (множник) як фазовий детектор:

Якщо сигнали знаходяться у фазі, вихід буде позитивним.
Якщо сигнали на 180 ° поза фазою, вихід буде негативним.
Для інших фазових різниць вихід буде знаходитися десь між цими значеннями.

Наявність фазового детектування згадується у таблиці даних як одне із застосувань аналогового мультиплікатора IC AD633 .

— Сир
джерело