알려지지 않은 회로에 대한 보드 플롯을 얻는 실용적인 방법

시스템, 특히 필터의 대략적인 보드 플롯을 얻을 수있는 실용적인 방법 / 방법을 사용하고 싶습니다. 이것은 물론 복잡한 수학을 사용하거나 SPICE 시뮬레이터에서 회로를 구현하여 수행 할 수 있습니다. 그러나 이것들은 회로도와 각 구성 요소의 정확한 매개 변수를 알아야합니다.

그러나 블랙 박스 안에있는 필터의 회로도를 모르고 회로 모델을 얻을 시간이나 가능성이 없다고 상상해보십시오. 즉, 필터가 있고 입력 및 출력에만 액세스 할 수 있음을 의미합니다 (입력에 임펄스를 적용하여 필터의 전달 함수를 얻는 아이디어는 제외합니다. 실용적이지 않습니까?)

그러나 2 채널 오실로스코프와 함수 발생기가있는 경우 특정 정현파 입력에 대한 필터의 입력 및 출력을 볼 수 있습니다.

함수 발생기를 사용하여 예를 들어 입력을 10mV pk-pk의 1Hz 정현파로 설정하거나 Vin이라고 부를 수 있습니다. 이 경우 위상 편이 ϕ1 인 V1 pk-pk의 출력을 가질 수 있습니다. 우리는 이번에 입력을 다시 Vin pk-pk와 함께 10Hz 정현파로 설정하여 동일한 것을 반복합니다. 이 경우 위상 편이 ϕ2 인 V2 pk-pk의 출력을 가질 수 있습니다. 따라서 Vin을 동일한 진폭으로 유지하고 주파수를 동일하게 증가 시키면 다음과 같은 몇 가지 점을 얻을 수 있습니다.

Vin f1 ---> V1, f1, ϕ1

Vin f2 ---> V2, f2, ϕ2

Vin f3 ---> V3, f3, ϕ3

...

Vin fn ---> Vn, fn, ϕn

이는 fn과 관련하여 Vn / Vin을 플로팅 할 수 있음을 의미합니다. fn과 관련하여 ϕn을 플로팅 할 수도 있습니다. 따라서 우리는 대략 보데 플롯을 얻을 수 있습니다.

그러나이 방법에는 몇 가지 약점이 있습니다. 우선 펜과 종이로 기록되므로 작은 간격으로 fn을 늘릴 수 없습니다. 시간이 너무 많이 걸립니다. 여기서 또 다른 가장 중요한 문제는 오실로스코프 화면에서 진폭 및 위상 편이를 정확하게 읽는 것입니다.

내 질문은 : 우리가 PC 기반 데이터 수집 시스템을 가지고 있다고 가정하면, 진폭 및 위상 시프트 모두에 대한 보드 플롯 포인트를 대략적으로 얻을 수있는 실용적이고 빠른 방법이 있습니까? (포인트는 진폭 및 위상 시프트 또는 단일 복합으로 얻을 수 있습니다) 숫자도)

DAQ 장비를 사용하여 일부 입력 신호를 주입 한 다음 출력 신호를 캡처하고 테이블 / 매트릭스의 모든 데이터를 수집 할 수 있습니다.

신호 처리의 올바른 장은 시스템 식별 / 추정입니다. 다양한 방법, 재귀 최소 제곱이 널리 사용됩니다. 알고리즘은 여기 신호의 어느 부분이 출력 응답의 어느 부분을 유발했는지 구분해야하기 때문에 시간이 지남에 따라 반복 할 수없는 신호를 주입해야합니다. 그러므로 자기 신호가 자기 상관 인 경우 여기 신호는 한 펄스의 결과를 생성해야합니다. 이는 입력 및 출력 신호 간의 상관이 정확한 피크 (잠금)를 제공함을 의미합니다.

이러한 신호의 이름은 PRBS (Pseudo Random Binary Sequence)입니다. 이 것을 주입 한 다음 시스템 계수를 계산 (및 상관)하여 사용 가능한 시스템 식별 도구를 사용할 수 있습니다.

당신이 말한 것에서, 최선의 방법은 시간 영역 전송 (TDT) 측정 일 수 있습니다.

이것은 잘 알려진 TDR (time-domain reflectometry) 측정과 유사하지만 반사 특성 대신 테스트 대상 장치 (DUT)의 전송 특성을 측정합니다.

주석으로 연결 한 DAQ 시스템은 초당 50,000 개의 샘플을 샘플링하지만 관심있는 주파수 대역이 0-1 kHz이기 때문에 디바이스 테스트에 적합합니다. 디지털 출력 채널 (아마도 감쇠)을 사용하여 자극을 생성 할 수 있습니다. 측정의 정확성은 DAQ의 샘플링 클럭이 얼마나 일관성이 있는지에 따라 달라질 수 있습니다.

기본적으로 스텝 입력 기능을 DUT에 적용하고 오실로스코프로 출력을 측정합니다. 또한 동일한 샘플러로 입력 신호를 측정하십시오. 그런 다음 입력 및 출력 신호에서 푸리에 변환을 수행하고 주파수 응답을 얻기 위해 서로 나누십시오. 변형을 수행 할 때 좋은 윈도우 기능을 선택하기 위해 약간의 연구와 실험을 원할 것입니다.

$1/f$

컴퓨터로 함수 발생기를 제어 할 수 있습니까? 예 : GPIB

오실로스코프가 컴퓨터와 통신 할 수 있습니까?

그렇다면 기존 워크 플로우를 자동화 할 수 있습니다.

글쎄, 비슷한 문제가 있었는데, 막대한 비용을 들이지 않고 폐쇄 루프 분석을 위해 실용적으로 유용한 Bode 플로터를 만드는 방법. 간단한 요구 사항을 충족하고 주파수를 스위핑하며 CRT에서 이득과 위상을 함께 플롯하는 10Hz ~ 50Khz의 기본 시스템을 구성했습니다.

그것은 쓸모 없지만 여전히 유용한 두 가지 예산 장비와이 둘 사이의 간단한 인터페이스를 사용합니다. 첫 번째 품목은 HP 게인 위상 측정기 3575A이며 몇 백 달러에 구입할 수 있습니다. 여기에는 약 +/- 50dbdb의 다이나믹 레인지 (채널당 200uV ~ 20V rms 다이나믹 레인지)로 1Hz ~ 13Mhz에서 작동하는 두 개의 동일한 채널이 있으며 360도 이상에서 연속적으로 위상을 측정 할 수 있습니다. 전면 패널에는 0.1db 및 0.1도 해상도의 디지털 판독 값이 있으며 후면에서 DC 출력을 외부에서 사용할 수 있습니다. 이것이 나의 측정 "프론트 엔드"입니다.

거의 같은 빈티지의 다른 장비는 0에서 50Khz까지 작동하며 추적 발생기 출력을 가진 HP 스펙트럼 분석기 모델 3580A입니다. 운이 좋으면이 중 하나를 약 500 달러에 구입할 수 있습니다. 여기에는 하나의 디지털 메모리가 있으므로 하나의 파형을 저장하고 다른 파형을 측정하여 직접 비교할 수 있습니다. 그 기능을 사용하지는 않지만 고대 서보 타입 펜 플로터를 구동 할 수도 있습니다.

어쨌든, 추적 발생기 출력 (2v rms)은 테스트하는 모든 것에 대한 스위프 주파수 소스가됩니다. 이제 문제는 게인 / 위상 미터가 DC 전압을 내고 스펙트럼 분석기가 스위프하는 정확한 주파수의 AC 신호를 볼 것으로 예상한다는 것입니다.

아날로그 승수를 사용하면 극복 할 수 있습니다. 하나의 승수 입력이 추적 생성기에서 구동됩니다. 약간의 스케일링 후 게인 / 위상 미터에서 dc 전압으로 다른 승수 입력. 승수 출력은 스펙트럼 분석기 입력으로 들어갑니다.

게인 / 위상 미터의 Dc 값은 승수에서 나오는 rf 진폭을 제어하므로 주파수가 스위프 될 때 스펙트럼 분석기에 표시되는 진폭을 제어합니다.

db가 아닌 선형 수직 스케일로 설정된 경우 스펙트럼 분석기는 이득 대 주파수 (db) 또는 위상 대 주파수를 기준선 위의 수직 편향으로 플로팅합니다. db- 전압 변환은 게인 / 위상 미터에서 수행되며 스펙트럼 분석기는 직접 선형 모드에서 실행됩니다.

하나의 트레이스가 메모리에 저장되어 주파수를 두 번 쓸어 야합니다. 그런 다음 싱글 스위프를 다시 누르고 화면에 다른 신호를 올리면 게인과 위상을 함께 볼 수 있습니다.

유일한 실제 제한은 주파수 스케일이 로그가 아니라 선형이라는 것입니다. 그러나 특정 10 년에 관심이 있다면 곧 익숙해 질 것입니다. 실제로 광대역 스윕을 수행 한 다음 가장 관심있는 부분에 대해 다른 스윕을 수행하여 확장하십시오.

위상, 주파수 및 게인 마진 판독의 해상도를 높이기 위해 HP3580A는 수동 주파수 튜닝을 허용하므로 0db 게인 만 조정하면 위상 미터에서 위상을 0.1도 분해능으로 바로 읽을 수 있습니다. 그런 다음 수동으로 -180도 위상을 조정하고 0.1 db 해상도로 디지털 디스플레이에서 게인 마진을 읽을 수 있습니다. 디지털 주파수 판독 값은 1Hz 해상도입니다.

CRT의 흔적은 작지만 일반적인 디비 전당 10db, 디비 전당 45 도로 전체 모양을 매우 잘 나타냅니다. 디지털 판독 값은 곡선의 특정 관심 지점에서 원하는 모든 해상도를 제공합니다.

실제 예산 시스템과 약간의 미키 마우스이지만 이전에는 결코 할 수 없었던 일을 할 수있는 매우 유용한 도구입니다. 그리고 그것을 모두 정리하는 것은 매우 간단했습니다.

3575A 게인 / 위상 미터의 2 개의 입력 채널을 통해 스위칭 전원 공급 장치의 폐쇄 루프 측정이 가능하며 저주파 1000 : 1 전류 변압기는 트래킹 발생기에서 저비용 주입 변압기를 만듭니다.

나는 50Khz에서 약 절반 퍼센트 하락으로 진정으로 평평하게 보이는 것을 발견하기 전에 여러 가지 다른 변류기를 시도했습니다.

찾고있는 것을 시스템 식별이라고합니다. 이 방법은 여러 가지 방법으로 수행 할 수 있지만 아이디어는 동일합니다. 입력을 적용하고 응답을 측정하며 데이터 / 수학을 수행하여 전달 함수 / 보이드 플롯을 얻습니다. (간단한 버전 : 입력 및 출력의 푸리에 변환을 수행하고 전송 함수를 얻기 위해 나눕니다)

일반적으로 문제는 '블랙 박스 (공장)'를 손상시키지 않고 신호가 '허용'되는 것입니다. 따라서 측정은 개방 루프 또는 폐쇄 루프에서 수행 할 수 있으며 입력 신호로 재생할 수 있습니다.

제어 시스템에서 가장 많이 사용되는 것은 화이트 노이즈를 적용하는 것입니다 (모든 주파수를 포함하고 완벽한 임펄스 또는 스텝보다 생성하기가 훨씬 쉽기 때문에)

다른 가능성은 예를 들어 멀티 사인 신호이므로 플랜트에 어떤 종류의 신호를 적용 할 것인지 더 잘 제어 할 수 있습니다.

시스템 식별 정보를 읽거나 Matlab의 시스템 식별 도구 상자를 사용하십시오.

이전의 모든 대답이 정확하지만 항상 사용하는 방법이 없습니다. (벡터) 네트워크 분석기.

기본적으로 "지루한"것으로 설명하지만 EM 파를 사용하여 자동으로 수행합니다. 스윕 발진기는 DUT를 통해 전송 된 파를 생성합니다. 그런 다음 반사되는 전력과 DUT를 통해 전송되는 전력을 측정합니다. S- 파라미터를 제공합니다. S21은 ac 전송 기능에 해당합니다.

일반적인 VNA에서는 시작 및 중지 주파수, 축 스케일링 (log vs lin), 저전력 레벨, 실수 및 허수 부분 및 크기 및 위상에 대한 평균화 및 평활화를 설정할 수 있습니다.

추신 : John이 이미 Network Analyzer를 주석으로 나열한 것을 보았습니다. 전에는 보지 못했습니다.

내가 아는 가장 빠르고, 실용적이고 강력한 방법은 BLA ( Best Linear Approximation )를 사용하는 것입니다. 선형 및 비선형 회로에서 작동하는 방법입니다 . 시스템에 대한 유일한 가정은 다음과 같습니다.

• DUT는 "동일 기간 만료"입니다. 따라서 절반의 주파수를 가진 출력 신호가 작동하지 않습니다.

다음과 같이 작동합니다.

1. $u(n)$$y(n)$
2. $m$
3. 시스템에 무작위 여기를 적용합니다.

4. 측정 된 입력 및 출력의 푸리에 변환을 사용하여이 실현에 대한 보이드 플롯을 계산할 수 있습니다.

   $$\hat H_i(j\omega) = \frac{\frac{1}{n}\sum_k Y_{ki,meas}(j\omega)}{\frac{1}{n}\sum_k U_{ki,meas}(j\omega)}$$

   

   (이 시점에서 측정 노이즈를 계산할 수도 있습니다).

5. $m = 1$

6. 그런 다음 최상의 선형 근사값을 계산할 수 있습니다.

   $$\hat H_{BLA}(j\omega) = \frac{1}{m}\sum_{i=1}^m \hat H_i(j\omega)$$

비선형 동작합니다 표시 로 "노이즈" 측정 된 스펙트럼에. 유일한 차이점은 실제 노이즈와 달리 일관성이 있다는 것입니다. 그렇기 때문에 무작위 추출에 여러 자극이 필요합니다. 그것들을 평균 하면 전체 그림을 가장 잘 설명 하는 선형 시스템 의 보드 플롯을 제공합니다 .

입력 전원을 변경하면 비선형 시스템의 속성 인 BLA도 변경됩니다. 실제 응용 프로그램과 유사한 여기를 선택하는 것이 가장 좋습니다.

이것이 실제로 블랙 박스 인 경우 장치의 전송 특성을 측정 할뿐만 아니라 입력 및 출력 임피던스를 측정해야합니다. 역 전송 기능을 측정해야 할 수도 있습니다. 이러한 측정의 필요성은이 블랙 박스에 연결된 장치의 입력 및 출력 부하에 따라 결정됩니다.