구형파와 사인파 신호 사이의 위상 검출

디지털 구형파 입력 (PLD, 1.8Vp 생성)과 사인파 출력 (0.5-3.5 Vp)을 가진 회로가 있습니다. 두 신호의 주파수는 모두 100kHz이지만 위상이 다릅니다.

이 두 신호의 위상차를 감지하는 좋은 방법은 무엇입니까? 지금까지 본 위상 검출기는 모든 디지털 또는 모든 아날로그 신호용입니까? 내가 가지고있는 것과 같은 혼합 신호 회로를위한 것이 있습니까?

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1 도의 위상차를 아는 것으로 충분합니다. 주파수는 항상 서로에 대해 고정되어 있으며 변경되지 않습니다. 구형파는 아날로그 전자 장치를 구동하고 아날로그는 AM 변조 신호를 갖는 사인파를 생성합니다. 그러나 신호의 진폭은 반송파의 진폭에 비해 매우 낮습니다. 생산 변동성으로 인해 아날로그 (일부 수동 인덕터 포함)의 위상 대 단위 변동성이 높으며 출력 사인파를 처리하는 DSP의 자동 튜닝 방법을 고안하려고합니다.

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— 우두 슈
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위상차를 얼마나 정확하게 알아야합니까? 그리고 이것을 일회성 실험 또는 회로의 지속적인 기능의 일부로 수행해야합니까? 두 부분이 실제로 함께 주파수 고정되어 있습니까 (또는 공통 참조에서 주파수를 얻습니까) 아니면 공칭 100kHz입니까?

— 광자

답변:

위상 감지는 디지털 신호에 가장 쉽습니다. 기본적으로 XOR 게이트입니다. 사인을 구형파로 변환합니다. 하나의 입력에는 사인이 있고 다른 입력에는 평균 사인 (LPF)이있는 비교기를 공급하여 비교기가 50 % 듀티 사이클 구형파를 제공합니다. 그런 다음 디지털 위상 검출기를 사용하십시오.

— 스티븐
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구형파에서 사인파를 만들기 위해 비교기를 사용하는 것을 고려했지만 문제는 사인파의 진폭이 0.5V에서 3.5V 범위 내에서 달라질 수 있다는 것입니다. 이것은 생산 변동성이며 그 사실에 대해 내가 할 수있는 일은 없습니다. 그러나이 경우에는 제로 크로스 검출이 해결책이 될 수 있습니다.

— udushu

@udushu-평균 LPF가 해결합니다. 다양한 진폭과 DC 오프셋을 처리합니다.

— stevenvh

@stevenvh, 나는 LPF가 입력 신호 진폭이 위상 측정에 영향을 미치지 않는다고 보장하기에 충분하지 않다고 생각합니다. 비교기에는 분산 이라는 특성이 있는데, 이는 입력 진폭이 변함에 따라 전파 지연이 변경됨을 의미합니다. 추가 보상없이 위상 오류 (약 40ns)에 대한 OP의 요구를 충족시킬 수있는 비교기처럼 충분히 낮은 분산도 가져야합니다. 그러나이 용도로 비교기를 선택할 때 확인하는 것이 중요합니다.

— 광자

@ThePhoton-당신은 요점을 얻었지만 OP가 대답했을 때 아직 1도 정확도를 언급하지 않았습니다. OTOH는 100 ps 미만의 분산을 가진 비교기가 있으며, 이는 1 도보 다 몇 배나 더 좋습니다.

— stevenvh

@ThePhoton-제로 크로스 비교기가 솔루션 인 것 같습니다. 토론 해 주셔서 감사합니다.

— udushu

사인파를 처리하는 DSP가 있다고하므로 복잡한 푸리에 변환을 사용하여 위상을 측정 할 수 있습니다 (알려진 주파수에서 DFT 만 평가하면 됨).

이것은 실제로 Curd가 믹싱에 대해 제안한 것과 밀접한 관련이 있습니다. 단일 포인트 DFT 는 믹서 유형이며 적분기 또는 저역 통과 필터입니다. 차이점은 복잡한 도메인에서 (또는 아날로그의 IQ 믹서를 사용하여) 수행하면 복잡한 출력의 각도를 결정할 수 있다는 것입니다. 실제 구성 요소 만 사용하거나 단일 믹서 만 사용하면 지연으로 인한 리드를 알 수 없으므로 진폭 감도가 더 어려울 것입니다.

— 크리스 스트래튼
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내가 할 수 있으면 좋겠다. 그것은 내가 현재 가지고있는 많은 문제를 해결했을 것입니다. 불행히도, 내가 사용해야하는 DSP는 100kHz 신호에서 실시간 DFT를 수행하는 데 필요한 마력 근처에 없습니다.

— udushu

사람들이 푸리에 변환과 연관된 일반적인 # bins = # samples가 아닌 하나의 주파수 빈만 계산하면됩니다. 또한 위상을 얼마나 자주 측정해야합니까? 드문 경우이지만 실제 문제는 시스템이 처리 할 수있는 경우가 아니라 해당 속도로 샘플링하여 저장할 수 있는지 여부입니다.

— Chris Stratton

DSP는 현재 20kHz에서 샘플링하도록 구성되어 있으며 100kHz 반송파가 아니라 복조 된 신호 만 샘플링되고 있습니다. 내가 사용하고있는 겸손한 dsPIC33이 100kHz 신호를 전혀 샘플링 할 수 있다고 생각하지 않습니다.

— udushu

@udushu 빠른 검색은 dsPIC이 초당 메가 샘플을 수행 할 수 있음을 나타냅니다. 그러나 아날로그 대역폭이 충분하고 주파수를 알고 있다면 의도적으로 앨리어싱을 언더 샘플링하고 이용할 수 있습니다.

— Chris Stratton

두 입력 신호의 진폭이 일정하다고 가정하면 (AGC 회로에 의해 일정하지 않을 수있는 경우) 위상 검출기로 믹서 (multiplicator)를 사용할 수 있습니다.

신호가 위상이면 출력은 양수입니다.
신호가 180도 위상차이면 출력은 음수입니다.
다른 위상 차이의 경우 출력은 해당 값 사이에 있습니다.

예를 들어 위상차 검출은 아날로그 mutliplier IC AD633 의 응용 프로그램 중 하나로 데이터 시트에 언급되어 있습니다.

— 굳어진 식품
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