鑒相電路課件完整版

2023/4/213.3鑒相電路

2023/4/223.3.1概述

鑒相電路又稱(chēng)相位解調(diào)電路，它的作用是將輸入端的兩個(gè)信號(hào)之間的相位差轉(zhuǎn)換成某種輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)相波的解調(diào)。輸入端的兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)為輸入信號(hào)，另一個(gè)為參考相位信號(hào)。輸出信號(hào)可以是模擬電壓，也可以是數(shù)字量。前者稱(chēng)為模擬鑒相電路，后者稱(chēng)為數(shù)字鑒相電路。2023/4/233.3.2相位／脈寬鑒相器相位／脈寬鑒相器是利用數(shù)字部件構(gòu)成的鑒相電路，這種電路既簡(jiǎn)單又方便，它可把輸入端信號(hào)間的相位差轉(zhuǎn)換成脈沖寬度。該脈寬既可利用低通濾波器將其變成模擬輸出電壓，構(gòu)成模擬鑒相電路，也可直接通過(guò)數(shù)字電路將其變成數(shù)字量，組成相位／數(shù)字鑒相電路。2023/4/24相位／脈寬鑒相器要求輸入信號(hào)和參考信號(hào)必須都是方波序列脈沖信號(hào)，若不是方波信號(hào)，則應(yīng)首先采用過(guò)零檢測(cè)電路或放大整形電路將它們變成方波信號(hào)。電路根據(jù)輸入和參考信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間來(lái)工作，其輸出亦為脈沖信號(hào)，脈沖寬度與兩個(gè)輸入波形之間的過(guò)零時(shí)間差（相位差）成比例，而與波形的其它部分無(wú)關(guān)。相位／脈寬鑒相電路通常用門(mén)電路和觸發(fā)器組成。

3.3.2相位／脈寬鑒相器2023/4/25l．異或門(mén)鑒相器異或門(mén)電路是指：當(dāng)有兩個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，在一個(gè)為“1”，一個(gè)為“0”的情況下，輸出為“1”，否則輸出為“0”的電路，或者說(shuō)，“異”者為“1”，“同”者為“0”。能完成這種功能的異或門(mén)集成電路有74LS86和CD4070B等，也可由四個(gè)與非門(mén)電路組成。2023/4/26l．異或門(mén)鑒相器異或門(mén)

由4個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的異或門(mén)2023/4/27l．異或門(mén)鑒相器ViVRVφVm-Vm2023/4/28l．異或門(mén)鑒相器ViVRVφ<0占空比δ=50％～0

2023/4/29l．異或門(mén)鑒相器ViVRVφ>0占空比δ=50％～100％

2023/4/210φeVφ-VmVm-π/2π/20l．異或門(mén)鑒相器2023/4/211異或門(mén)鑒相器的測(cè)量范圍為:異或門(mén)鑒相器的線性范圍較小，且要求兩個(gè)輸入信號(hào)的占空比δ必須為50％，即它們是等寬方波。l．異或門(mén)鑒相器2023/4/2122．R－S觸發(fā)器鑒相器RSQn+10101010011Qn2023/4/2132．R－S觸發(fā)器鑒相器2023/4/2142．R－S觸發(fā)器鑒相器ViVRVφ占空比δ=50％

2023/4/2152．R－S觸發(fā)器鑒相器ViVRVφ占空比δ<50％

2023/4/2162．R－S觸發(fā)器鑒相器ViVRVφ占空比δ>50％

2023/4/2172．R－S觸發(fā)器鑒相器φeVφVmVm-2π-ππ2π02023/4/218R－S觸發(fā)器的鑒相特性為鋸齒特性。輸出電壓的平均值及線性范圍分別為2．R－S觸發(fā)器鑒相器φeVφVmVm-2π-ππ2π02023/4/219R－S觸發(fā)器鑒相器的線性范圍比異或門(mén)鑒相器擴(kuò)大了1倍，而且由于采用輸入和參考信號(hào)的下降沿觸發(fā)電路，故對(duì)輸入和參考信號(hào)波形的占空比無(wú)特殊要求。但是在這種方案中利用RC微分網(wǎng)絡(luò)提取跳變觸發(fā)信號(hào)，雖然簡(jiǎn)單，卻易受干擾而產(chǎn)生誤觸發(fā)。2．R－S觸發(fā)器鑒相器2023/4/2203．J－K觸發(fā)器鑒相器注意注意2023/4/221J－K觸發(fā)器的邏輯關(guān)系：3．J－K觸發(fā)器鑒相器2023/4/2223．J－K觸發(fā)器鑒相器JKQn+100Qn10101011Qn當(dāng)Vi下跳時(shí)：當(dāng)VR下跳時(shí)：2023/4/2232023/4/2243．J－K觸發(fā)器鑒相器ViVRVφQ1

Q2=Q1

2023/4/2253．J－K觸發(fā)器鑒相器ViVRVφQ1Q2Vmφe(0~π)=Q1

注意2023/4/2263．J－K觸發(fā)器鑒相器ViVRVφQ1Q2VmΦe(π~2π)注意=Q1

2023/4/227φeVφVm/22π4π03．J－K觸發(fā)器鑒相器特性曲線2023/4/2283．J－K觸發(fā)器鑒相器ViVRVφQ1

Q2=Q1

2023/4/229由圖可見(jiàn)，J－K觸發(fā)器鑒相器的鑒相特性亦為鋸齒特性（R－S觸發(fā)器鑒相器亦同），輸出電壓平均值及鑒相線性范圍分別為：3．J－K觸發(fā)器鑒相器2023/4/230注意：φe=0，2π，4π，…點(diǎn)是奇異點(diǎn)，值不確定。所以J－K觸發(fā)器鑒相器的有效鑒相范圍為2π。J－K觸發(fā)器鑒相器在整個(gè)相位差范圍內(nèi)都是線性的。由于革除了R－S觸發(fā)器中的RC微分網(wǎng)絡(luò)，提高了抗干擾能力。3．J－K觸發(fā)器鑒相器2023/4/231相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器用以將輸入信號(hào)與參考信號(hào)間的相位差轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。它可由模擬鑒相器和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，但最簡(jiǎn)便的方法是利用基本數(shù)字電路將相位／脈寬鑒相器的輸出脈沖寬度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。采用R－S觸發(fā)器鑒相器組成的相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器電路如下圖所示：

3.2.3相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器

2023/4/2323.2.3相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器

加計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)2023/4/233由波形圖可以看出，當(dāng)Vφ=0時(shí)，鑒相器的輸出脈沖Vφ為對(duì)稱(chēng)方波，即Vφ為1的持續(xù)時(shí)間t1與為0的持續(xù)時(shí)間t2相等，可逆計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)值N1與減計(jì)數(shù)值N2相等，因而電路的輸出數(shù)字量D=0。當(dāng)Vφ＜0時(shí)，Vφ為1的持續(xù)時(shí)間t1小于為0的持續(xù)時(shí)間t2，可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N1＜N2，輸出數(shù)字量D必為負(fù)。同理，當(dāng)Vφ＞0時(shí)，輸出數(shù)字量D為正。由輸出數(shù)字量的正、負(fù)可判斷輸入信號(hào)與參考信號(hào)相位間的超前、滯后關(guān)系，而輸出數(shù)字量的大小與兩信號(hào)間的相位差成比例。

3.2.3相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器

2023/4/234即3.2.3相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器

式中，fcp為時(shí)標(biāo)脈沖頻率；ω為輸入信號(hào)的角頻率，k為常數(shù)。

2023/4/235檢測(cè)相位的精度取決于時(shí)標(biāo)脈沖頻率fcp、輸入頻率、參考信號(hào)頻率f的精度和穩(wěn)定性。由于時(shí)鐘頻率一般都采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生，具有十分良好的穩(wěn)定性，所以要實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，必須使輸入和參考信號(hào)的頻率保持穩(wěn)定。另外，在數(shù)字測(cè)量中還存在±1LSB的量化誤差，為提高相位測(cè)量的分辨率，應(yīng)適當(dāng)提高時(shí)標(biāo)頻率和降低輸入信號(hào)頻率。目視儀表系統(tǒng)中，若要求顯示十進(jìn)制數(shù)時(shí)，應(yīng)采用二一十進(jìn)制的可逆計(jì)數(shù)器。3.2.3相位／數(shù)字轉(zhuǎn)換器

2023/4/2363.2.4模擬鑒相電路模擬