一種信號(hào)間相位差為0到2π的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種信號(hào)間相位差為0到2π的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，用于檢測(cè)諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的相位差。該電路包括比較整形電路、檢測(cè)電路和JK觸發(fā)器；所述比較整形電路用于將兩路原始諧波信號(hào)Sm和諧波信號(hào)Sr整形為同頻同相位的方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr，并將所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr傳輸至所述JK觸發(fā)器的K輸入端和J輸入端；所述JK觸發(fā)器用于輸出所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr之間的相位差的方波信號(hào)OUT；所述檢測(cè)電路用于檢測(cè)出述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr之間的相位的超前或滯后關(guān)系、檢測(cè)所述JK觸發(fā)器的K輸入端和J輸入端的狀態(tài)、置位和復(fù)位所述JK觸發(fā)器。
【專利說明】
-種信號(hào)間相位差為O到2:11的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及信號(hào)分析領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相 電路及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動(dòng)數(shù)字鑒相也稱差頻數(shù)字鑒相，主要用來自動(dòng)檢測(cè)兩路電信號(hào)的相位差，被廣 泛應(yīng)用于信號(hào)分析、測(cè)試儀器儀表等領(lǐng)域。自動(dòng)數(shù)字鑒相具有測(cè)相精度高、測(cè)相速率快、便 于與微控制器接口、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)量和處理等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的鑒相電路，只能檢測(cè)0~n的 相位差，如果兩信息間的相位差為n~化，則不能檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路及系統(tǒng)， 其測(cè)相精度高、測(cè)相速率快，能解決解決信號(hào)之間相位差為0~化的鑒相。
[0004] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案： 一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，包括比較整形電路、檢測(cè)電路和JK觸 發(fā)器； 所述比較整形電路用于將兩路原始諧波信號(hào)Sm和諧波信號(hào)Sr整形為同頻同相位的方 波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr，并將所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr傳輸至所述JK觸發(fā)器的K輸入端 和J輸入端； 所述JK觸發(fā)器用于輸出所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr之間相位差的方波信號(hào)OUT,該 相位差即為諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的相位差； 所述檢測(cè)電路用于檢測(cè)出述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr之間的相位的超前或滯后關(guān)系、 檢測(cè)所述JK觸發(fā)器的K輸入端和J輸入端的狀態(tài)、置位和復(fù)位所述JK觸發(fā)器； 其中，所述諧波信號(hào)Sr即整形后的方波信號(hào)Qr作為參考信號(hào)提供初始相位的參考點(diǎn)， 所述諧波信號(hào)Sm即整形后的方波信號(hào)Qm作為被測(cè)信號(hào)提供有效的相位差信息。
[0005] 進(jìn)一步，還包括有相位差計(jì)算電路； 所述方波信號(hào)OUT傳輸至所述相位差計(jì)算電路，其用于計(jì)算所述方波信號(hào)Qm和方波信 號(hào)Qr的相位差，該相位差即為諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的相位差。
[0006] 進(jìn)一步，所述檢測(cè)電路包括第一與口、第二與口、第=與口和D觸發(fā)器； 所述相位差計(jì)算電路包括第四與口和微處理器； 所述方波信號(hào)Qm的輸出端、D觸發(fā)器的D輸入端、第一與口的一輸入端和JK觸發(fā)器的K輸 入端電連接， 所述方波信號(hào)Qr的輸出端、第一與口的另一輸入端、D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端和JK觸 發(fā)器的J輸入端電連接； 所述D觸發(fā)器的正相輸出端徑D、第一與口的輸出端分別和所述第二與口的兩輸入端電 連接;所述D觸發(fā)器的反相輸出端勁)、第一與口的輸出端分別和所述第=與口的兩輸入端電 連接； 所述第二與口的輸出端和所述JK觸發(fā)器的SET端電連接，所述第S與口的輸出端和所 述JK觸發(fā)器的化R端電連接，其中，所述SET端和CLR端分別為所述JK觸發(fā)器的置位端和復(fù)位 端； 所述JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端接入采樣時(shí)鐘信號(hào)為I， 所述JK觸發(fā)器的正相輸出端和所述第四與口的一輸入端電連接，所述第四與口的另一 輸入端接入采樣時(shí)鐘信號(hào)態(tài)b第四與口的輸出端與所述微處理器的計(jì)數(shù)器輸入端電連接。
[0007] -種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相系統(tǒng)，包括有所述一種信號(hào)間相位差 為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，所述一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相系統(tǒng)用于信 號(hào)之間的相位差測(cè)量。
[000引本發(fā)明根據(jù)上述內(nèi)容，提出一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路及系 統(tǒng)，其測(cè)相精度高、測(cè)相速率快，能解決解決信號(hào)之間相位差為0~化的鑒相。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm的相位差A(yù) d)在0~JT內(nèi)的 時(shí)序圖。
[0011]圖3是本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm的相位差A(yù) d)在JT~如內(nèi)的 時(shí)序圖。
[0012]圖4是所述JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。
[oou]其中：比較整形電路1、檢測(cè)電路2、第一與口 21、第二與口 22、第；與口 23、D觸發(fā)器 24、JK觸發(fā)器3、相位差計(jì)算電路4、第四與口 41、微處理器42。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0015] 如圖1所示，一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，包括比較整形電路 1、檢測(cè)電路2和JK觸發(fā)器3; 所述比較整形電路1用于將兩路原始諧波信號(hào)Sm和諧波信號(hào)Sr整形為同頻同相位的方 波信號(hào)Qm和方波信號(hào)屯，并將所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr傳輸至所述JK觸發(fā)器3的K輸入 端和J輸入端； 所述JK觸發(fā)器3用于輸出所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr之間的相位差（即諧波信號(hào)Sm與 諧波信號(hào)Sr之間的相位差）的方波信號(hào)OUT; 所述檢測(cè)電路2用于檢測(cè)出述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)化之間的相位的超前或滯后關(guān)系 (即諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的超前或滯后關(guān)系）、檢測(cè)所述JK觸發(fā)器3的時(shí)俞入端和J輸 入端的狀態(tài)、置位和復(fù)位所述JK觸發(fā)器； 其中，所述諧波信號(hào)Sr即整形后的方波信號(hào)Qr作為參考信號(hào)提供初始相位的參考點(diǎn)， 所述諧波信號(hào)Sm即整形后的方波信號(hào)Qm作為被測(cè)信號(hào)提供有效的相位差信息。
[0016] 兩路原始信號(hào)Sm和Sr為連續(xù)的諧波信號(hào)，但它們之間的相位差難W直接比較出，所 述比較整形電路1將兩路原始信號(hào)Sm和Sr轉(zhuǎn)換為同頻同相位的方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr,便 于后續(xù)檢測(cè)出它們之間的相位關(guān)系； 所述檢測(cè)電路2能夠檢測(cè)出述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr之間的相位的超前或滯后關(guān)系 (即諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的超前或滯后關(guān)系）；若所述方波信號(hào)Qr超前于方波信號(hào) Qm,則它們相位差在O到n之間；反之，若所述方波信號(hào)Qr滯后于方波信號(hào)Qm,則它們的相位差 在31到231之間，從而解決了現(xiàn)有中不能檢測(cè)出兩路信號(hào)的相位差在31到231的難題，所述JK觸 發(fā)器3輸出的方波信號(hào)OUT能體現(xiàn)出所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr的相位差（即諧波信號(hào)Sm 與諧波信號(hào)Sr之間的相位差）。
[0017] 并且，所述檢測(cè)電路2能夠檢測(cè)所述K輸入端和J輸入端的狀態(tài)，當(dāng)J=I及K=l、且所 述方波信號(hào)Qr超前于所述方波信號(hào)Qm時(shí)，所述檢測(cè)電路2會(huì)使所述JK觸發(fā)器3復(fù)位，使得所述 方波信號(hào)OUT為0; 當(dāng)J=I及K=U且所述方波信號(hào)Qr滯后于所述方波信號(hào)Qm時(shí)，所述檢測(cè)電路2會(huì)使所述JK 觸發(fā)器3置位，使得所述方波信號(hào)OUT為1; 通過所述檢測(cè)電路2對(duì)所述JK觸發(fā)器3的置位和復(fù)位操作，即使所述JK觸發(fā)器3的J=I及 K=I時(shí)，所述JK觸發(fā)器3所輸出的方波信號(hào)OUT也不會(huì)發(fā)生素亂狀態(tài)，使其輸出精確的方波信 號(hào) OUT。
[0018] 進(jìn)一步，如圖1所示，還包括有相位差計(jì)算電路4; 所述方波信號(hào)OUT傳輸至所述相位差計(jì)算電路4,其用于計(jì)算所述方波信號(hào)Qm和方波信 號(hào)Qr的相位差（即諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的相位差）。
[0019] 所述相位差計(jì)算電路4能有效地計(jì)算出所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr的相位差，便 于后續(xù)的應(yīng)用。
[0020] 進(jìn)一步，如圖1所示，所述檢測(cè)電路2包括第一與口 21、第二與口 22、第S與口 23和D 觸發(fā)器24; 所述相位差計(jì)算電路4包括第四與口 41和微處理器42; 所述方波信號(hào)Qm的輸出端、D觸發(fā)器24的D輸入端、第一與口 21的一輸入端和JK觸發(fā)器3 的K輸入端電連接； 所述方波信號(hào)Qr的輸出端、第一與口 21的另一輸入端、D觸發(fā)器24的時(shí)鐘信號(hào)輸入端和 JK觸發(fā)器3的J輸入端電連接； 所述D觸發(fā)器24的正相輸出端翔)、第一與口 21的輸出端分別和所述第二與口 22的兩輸 入端電連接； 所述D觸發(fā)器24的反相輸出端go、第一與口 21的輸出端分別和所述第=與口 23的輸入 端電連接； 所述第二與口 22的輸出端和所述JK觸發(fā)器3的SET端電連接，所述第S與口 23的輸出端 和所述JK觸發(fā)器3的CLR端電連接，其中，所述SET端和化R端分別為所述JK觸發(fā)器3的置位端 和復(fù)位端； 所述JK觸發(fā)器3的時(shí)鐘信號(hào)端接入采樣時(shí)鐘信號(hào)為.， 所述JK觸發(fā)器3的正相輸出端和所述第四與口 41的一輸入端電連接，所述第四與口 41 的另一輸入端接入采樣時(shí)鐘信號(hào)&，第四與口 41的輸出端與所述微處理器42的計(jì)數(shù)器輸 入端電連接。
[0021] 通過所述D觸發(fā)器24、第一與口 21、第二與口 22和第=與口 23所組成的所述檢測(cè)電 路2，其結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)大，電路工作的穩(wěn)定性高;所述D觸發(fā)器24用于檢測(cè)方波信號(hào)Qr與 方波信號(hào)Qm的超前和滯后關(guān)系，即在所述方波信號(hào)Qr信號(hào)上升沿到來時(shí)，鎖存一次所述方波 信號(hào)Qm信號(hào)，若鎖存信號(hào)即所述正相輸出信號(hào)谷D為低電平，則說明方波信號(hào)Qr超前于方波 信號(hào)Qm,則方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm的相位差在8-莎之間；反之，若所述正相輸出信號(hào)翔)為 1，則說明方波信號(hào)Qr滯后于方波信號(hào)Qm,方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm的相位差在f~2f之間。
[0022] 通過所述第一與口 21、第二與口 22和第S與口 23的作用，能夠?qū)λ鯦K觸發(fā)器3的 狀態(tài)進(jìn)行置位和復(fù)位，當(dāng)J=I及K=I時(shí)，所述第二與口 22或第S與口 23輸出為1時(shí)會(huì)使所述JK 觸發(fā)器3置位或復(fù)位，最終使所述方波信號(hào)OUT不會(huì)發(fā)生素亂情況，保證所述JK觸發(fā)器3輸出 精準(zhǔn)的方波信號(hào)OUT。
[0023] 所述第四與口 41和微處理器42組成的所述相位差計(jì)算電路，結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定 性高，能有效地計(jì)算出所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr的相位差，便于后續(xù)的應(yīng)用； 如圖2所示，當(dāng)所述方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm的相位差A(yù) d)在0~JT內(nèi)時(shí)，所述一種信號(hào) 間相位差為0到化的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路的工作過程如下： 設(shè)所述JK觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，即方波信號(hào)OUT的狀態(tài)為0; 在A階段，J=UK=O,則輸出OUT=I,即所述方波信號(hào)化處于高電平狀態(tài)、所述方波信號(hào)Qm 處于低電平狀態(tài)，則方波信號(hào)OUT輸出高電平； 在郎介段，J=UK=I,即所述方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm都處于高電平狀態(tài)，此時(shí)所述第一 與口21輸出高電平，在所述D觸發(fā)器24和第S與口23的共同作用下，使所述化R端置1，即使 所述JK觸發(fā)器3復(fù)位； 在邱介段，J=〇、K=l，即所述方波信號(hào)Qr處于低電平狀態(tài)、所述方波信號(hào)Qm處于高電平狀 態(tài)，則所述方波信號(hào)OUT輸出低電平； 在D階段，J=O、K=0，即所述方波信號(hào)Qr和方波信號(hào)Qm都處于低電平狀態(tài)，則所述方波信 號(hào)OUT輸出低電平。
[0024] 如圖3所示，當(dāng)所述方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm的相位差A(yù) d)在JT~化內(nèi)時(shí)，所述一種 信號(hào)間相位差為0到化的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路的工作過程如下： 設(shè)JK觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，即方波信號(hào)OUT為0，即處于低電平狀態(tài)； 在邱介段，J=UK=I,即所述方波信號(hào)Qr與方波信號(hào)Qm都處于高電平狀態(tài)，此時(shí)所述第一 與口 21輸出高電平，在所述D觸發(fā)器24和第二與口 22的共同作用下，所述SET端為高電平，貝U 方波信號(hào)OUT輸出高電平。
[0025] 在F階段，J=UK=O,即所述方波信號(hào)Qr處于高電平狀態(tài)、方波信號(hào)Qm處于低電平狀 態(tài)，則方波信號(hào)OUT仍輸出高電平； 在G階段，J=0、K=0,即所述方波信號(hào)Qr和方波信號(hào)Qm同時(shí)處于低電平狀態(tài)時(shí)，方波信號(hào) OUT保持輸出高電平； 在邱介段，J=〇、K=l，即所述方波信號(hào)Qr處于低電平狀態(tài)、所述方波信號(hào)Qm處于高電平狀 態(tài)，方波信號(hào)OUT輸出低電平。
[0026] 方波信號(hào)OUT與采樣時(shí)鐘信號(hào)為經(jīng)過所述第四與口 41的與操作之后，輸出計(jì)數(shù)脈 沖信號(hào)到所述微處理器42的計(jì)數(shù)器輸入端，即所述微處理器42的計(jì)數(shù)器對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為纖。計(jì)數(shù)值與相位差具有如下關(guān)系式：
式中，/是信號(hào)瑪或知的頻率，、Ik是采樣時(shí)鐘頻率，溺是計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)。
[0027] -種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相系統(tǒng)，包括有所述一種信號(hào)間相位差 為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，所述一種信號(hào)間相位差為0到如的自動(dòng)數(shù)字鑒相系統(tǒng)用于信 號(hào)之間的相位差測(cè)量。
[0028] W上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。運(yùn)些描述只是為了解釋本發(fā)明的 原理，而不能W任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù) 人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實(shí)施方式】，運(yùn)些方式都將落入 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種信號(hào)間相位差為O到231的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，其特征在于:包括比較整形電路、 檢測(cè)電路和JK觸發(fā)器； 所述比較整形電路用于將兩路原始諧波信號(hào)3"和諧波信號(hào)Sr信號(hào)整形為同頻同相位的 方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr，并將所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào)Qr傳輸至所述JK觸發(fā)器的K輸入 端和J輸入端； 所述JK觸發(fā)器用于輸出所述方波信號(hào)&和方波信號(hào)Qr之間相位差的方波信號(hào)OUT，該相 位差即為諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的相位差； 所述檢測(cè)電路用于檢測(cè)出述方波信號(hào)&和方波信號(hào)Qr之間的相位的超前或滯后關(guān)系、 檢測(cè)所述JK觸發(fā)器的K輸入端和J輸入端的狀態(tài)、置位和復(fù)位所述JK觸發(fā)器； 其中，所述諧波信號(hào)Sr即整形后的方波信號(hào)Qr作為參考信號(hào)提供初始相位的參考點(diǎn)，所 述諧波信號(hào)Sm即整形后的方波信號(hào)Qm作為被測(cè)信號(hào)提供有效的相位差信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種信號(hào)間相位差為0到231的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，其特征在 于： 還包括有相位差計(jì)算電路； 所述方波信號(hào)OUT傳輸至所述相位差計(jì)算電路，其用于計(jì)算所述方波信號(hào)Qm和方波信號(hào) Qr的相位差，即計(jì)算諧波信號(hào)Sm與諧波信號(hào)Sr之間的相位差。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種信號(hào)間相位差為0到231的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，其特征在 于： 所述檢測(cè)電路包括第一與門、第二與門、第三與門和D觸發(fā)器； 所述相位差計(jì)算電路包括第四與門和微處理器； 所述方波信號(hào)Qm的輸出端、D觸發(fā)器的D輸入端、第一與門的一輸入端和J K觸發(fā)器的K輸 入端電連接， 所述方波信號(hào)Qr的輸出端、第一與門的另一輸入端、D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端和JK觸 發(fā)器的J輸入端電連接； 所述D觸發(fā)器的正相輸出端Sd、第一與門的輸出端分別和所述第二與門的兩輸入端電 連接;所述D觸發(fā)器的反相輸出端?)、第一與門的輸出端分別和所述第三與門的兩輸入端電 連接； 所述第二與門的輸出端和所述JK觸發(fā)器的SET端電連接，所述第三與門的輸出端和所 述JK觸發(fā)器的CLR端電連接，其中，所述SET端和CLR端分別為所述JK觸發(fā)器的置位端和復(fù)位 端； 所述JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端接入采樣時(shí)鐘信號(hào)I， 所述JK觸發(fā)器的正相輸出端和所述第四與門的一輸入端電連接，所述第四與門的另一 輸入端接入采樣時(shí)鐘信號(hào)As，第四與門的輸出端與所述微處理器的計(jì)數(shù)器輸入端電連接。4. 一種信號(hào)間相位差為0到2π的自動(dòng)數(shù)字鑒相系統(tǒng)，其特征在于:包括有所述一種信號(hào) 間相位差為〇到2π的自動(dòng)數(shù)字鑒相電路，所述一種信號(hào)間相位差為0到231的自動(dòng)數(shù)字鑒相系 統(tǒng)用于信號(hào)之間的相位差測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01R25/00GK106018962SQ201610342982
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】王曉初, 盧琛, 陳新, 劉強(qiáng), 陳云, 張勝輝, 高健
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)