一种测量网络相移参数的方法及电路与流程

本发明涉及电子测量技术领域的网络相移测量技术，具体涉及一种测量网络相移参数的方法及电路。

背景技术：

在通信、仪器仪表等领域，为了实现特定的目的，经常需要利用一个电路网络对传输的信号进行一定的相位延迟，这种相位延迟通常简称相移。而这个相移的大小能否准确达到设定值往往会影响到通信的质量或仪表的精度，所以准确测量网络的相移数值非常必要。有时为了评估一个网络对信号传输质量的影响，也需要测量该网络对待传输信号的相移程度。

传统的网络相移参数测量方法和手段很多，有网络分析仪测量法、示波器测量法、基于异或门的电压测量法等，但都存在不同的缺点。网络分析仪测量精度高，但仪表昂贵；示波器测量法受人为因素的限制测量精度较低；基于异或门的电压测量法电路复杂，可测频率低，精度也不高。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题的缺点，本发明提供了一种电路简单、测量准确的网络相移参数测量方法。

本发明的测量网络相移参数的方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a.选取一个集成鉴相鉴频器，设其两个脉冲输入端分别为r、v，鉴相输出端为u；b.选取一个函数信号发生器，将其输出的设定频率的基准正弦波信号分成两路，一路经过隔直流电容c1连接到过零比较器1的同相输入端，另一路连接到待测网络的输入端，待测网络的输出经过隔直流电容c2后连接到过零比较器2的同相输入端；c.将过零比较器1和过零比较器2的反相输入端都接地；d.将过零比较器1的输出连接到集成鉴相鉴频器的输入端r，过零比较器2的输出连接到集成鉴相鉴频器的输入端v；e.选取一个数字信号处理器dsp，用于对集成鉴相鉴频器输出u的鉴相脉冲信号进行测算，并将测算的相移参数结果输出到显示器显示。

本发明的测量网络相移参数的方法，其特征在于：所述步骤b中，函数信号发生器输出的基准正弦信号频率可以根据工作条件进行改变。

过零比较器的作用在于整形，输出前、后沿都非常陡峭的脉冲信号，需要采用高速器件。函数信号发生器输出的基准正弦信号经过被测网络后相位会发生偏移，波形也可能发生变化。将该输出信号经过隔直流电容后，由高速过零比较器2将该信号整形变换为矩形脉冲。同时，采用完全相同的高速过零比较器1将基准正弦波也变换为矩形脉冲。这样，基准正弦信号与待测网络输出的信号之间的相位关系和这两个矩形脉冲之间的相位关系完全相同。鉴相鉴频器能将两个矩形脉冲之间的超前与滞后关系分辨出来，并输出一个鉴相脉冲信号，这个鉴相脉冲信号准确反映两个输入矩形脉冲之间的相位关系。两个隔直流电容的作用是消除被测网络可能引起的直流电位偏移，从而保证波形变换后的脉冲准确反映波形变换前的相位关系。

相应地，为了克服上述技术问题的缺点，本发明提供了一种电路简单、测量准确的测量网络相移参数的电路。

本发明的测量网络相移参数的电路，包括函数信号发生器、两个隔直流电容、两个过零比较器、集成鉴相鉴频器、dsp和显示器，其特征在于：函数信号发生器输出设定频率的基准正弦波信号分成两路，一路经过隔直流电容c1连接到过零比较器1的同相输入端，另一路连接到待测网络的输入端；待测网络的输出经过隔直流电容c2后连接到过零比较器2的同相输入端；所述过零比较器1的输出连接到集成鉴相鉴频器的输入端r，过零比较器2的输出连接到集成鉴相鉴频器的输入端v；所述过零比较器1和过零比较器2的反相输入端都接地；所述集成鉴相鉴频器的输出端u连接到dsp的一个gpio引脚；所述dsp对gpio的输入脉冲进行测量与计算，将计算得到的相移参数送去显示器显示。

dsp利用定时器测量gpio输入的鉴相脉冲，在输入脉冲上升沿来到时，将定时器打开；在紧随其后的脉冲下降沿来到时，读取并保存定时器的值t1；在下一个脉冲上升沿来到时关闭定时器，读取并保存定时器的值t2，该t2值就是输入脉冲的周期。则待测网络的相移弧度数为公式(1)所示：

为保证测量精度，测量过程可进行n次，最终的结果取n次测量的平均值。

本发明的有益效果是：借助于函数信号发生器的可设定频率基准正弦信号，利用高速比较器的整形和集成鉴相鉴频器的鉴相作用，在dsp控制和运算下，得到被测网络的准确相移参数，电路简单、测量准确，工作频率范围宽，同时扩展了集成鉴相鉴频器的应用领域。

附图说明

图1为本发明的原理框图；图2为本发明的部分电路图，含隔直流电容c1、隔直流电容c2、两个过零比较器、鉴相鉴频器mc12040；附图3为本发明的鉴相鉴频器工作波形图。

图2中：1过零比较器1，2过零比较器2。

具体实施方式

结合附图，本发明的测量网络相移参数的方法，按照以下步骤进行：

a.选取一个集成鉴相鉴频器mc12040，其两个脉冲输入端分别为r、v，鉴相输出端为u。

b.选取一个函数信号发生器，将其输出的设定频率的基准正弦波信号分成两路，一路经过隔直流电容c1连接到adpcm600构成的过零比较器1的同相输入端，另一路连接到待测网络的输入端，待测网络的输出经过隔直流电容c2后连接到adpcm600构成的过零比较器2的同相输入端。

c.将两个过零比较器adpcm600的反相输入端都接地。

d.将过零比较器1的输出连接到集成鉴相鉴频器的输入端r，过零比较器2的输出连接到集成鉴相鉴频器的输入端v.

e.选取一个数字信号处理器tms320f2811，用于对集成鉴相鉴频器mc12040输出u的鉴相脉冲信号进行测算，并将计算的相移参数结果输出到显示器显示。

如附图所示，给出了本发明的测量网络相移参数的电路，其包括隔直流电容c1、隔直流电容c2、过零比较器1(1)、过零比较器2(2)、鉴相鉴频器mc12040、dsptms320f2811、显示器以及必要的+5v工作电源。

两个高速比较器电路结构完全相同，将adcmp600的反相端接地，构成同相输入式过零比较器形式。adcmp600的输出，可以直接与鉴相鉴频器mc12040输入端相连。

根据被测网络的工作频率设定函数信号发生器的输出基准正弦信号频率，并将其分为两路，一路经过隔直流电容c1后由过零比较器1变换为方波；另一路经过被测网络后，再经过隔直流电容c2输出至过零比较器2，变换成矩形波输出。经过整形变换后的两路脉冲信号分别输入到集成鉴相鉴频器mc12040的两个输入端r、v。mc12040只对两个输入脉冲的前沿进行鉴相，从mc12040的u端输出的鉴相脉冲能准确反应两个未经变换的波形之间的相位关系，工作波形如附图3所示。

mc12040的u脚输出的鉴相脉冲连接到数字信号处理器tms320f2811的gpio任一引脚，tms320f2811将与mc12040的u端相连的gpio引脚配置为输入引脚，利用定时器功能完成对输入鉴相脉冲的测算。当gpio输入的鉴相脉冲上升沿来到时，将定时器打开；在紧随其后的脉冲下降沿来到时，读取并存储定时器的值t1；在下一个上升沿来到时关闭定时器，读取并存储定时器的值t2。工作过程如附图3所示。则待测网络的相移弧度数为公式(1)所示。为保证测量精度，测量过程可进行n次，最终的结果取n次的平均值。这样，被测网络在工作频率下的相移参数就被准确测定了，测量结果由显示器直观显示出来。

为提高电路的可工作频率，dsp选用tms320f2811，tms320f281x系列dsp的最高主频为150mhz，这样，整个测量电路的工作频率上限就取决于鉴相鉴频器mc12040的工作频率，最高可达80mhz。而比较器adcmp600为cmos/ttl兼容器件，工作频率很高，失调电压仅为3mv，对测量精度的影响微乎其微。

本实施例中，函数信号发生器输出基准正弦波的频率可根据被测网络的实际工作频率进行设定，最高频率可设为80mhz。改变函数信号发生器的输出正弦波频率值，就可以测得被测网络在不同工作频率下的相移参数值。

本发明的测量电路，利用函数信号发生器送出的设定频率的基准正弦信号，由高速比较器对基准信号和被测网络的输出信号分别进行整形，整形后的两路信号再由集成鉴相鉴频器比相，在dsp控制和运算下，从鉴相鉴频器的比相输出得到准确的被测网络的相移参数。电路简单、测量准确、工作频率范围宽，还扩展了集成鉴相鉴频器的应用领域。