一种模拟鉴相电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于基本电子电路领域，具体设及一种模拟鉴相电路。
【背景技术】
[0002] 鉴相电路是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路，是锁相 环的基本部件之一，也用于调频和调相信号的解调。鉴相电路分为模拟鉴相电路和数字鉴 相电路，其中有一种模拟鉴相电路采用乘法器作为核屯、器件。包括:交流输入X、交流输入Y、 直流输出Z、模拟乘法器、W及低通滤波器。所述模拟乘法器的两路输入分别与所述交流输 入X、所述交流输入Y相连，输出与所述低通滤波器的输入相连，所述低通滤波器的输出与直 流输出Z相连。下面用数学方法推倒运种鉴相电路的原理：
[0003] 交流输入X和交流输入Y为同频率正弦信号，分别表示为：
[0004] €〇砖然味梦）和eos每旣今没）
[0005] 交流输入X和交流输入Y作为乘法器的两个输入，根据积化和差公式，可知乘法器 的输出为：
[0007]其中C0S輕倒T+:巧中:鴻诗项为交流分量，频率是原输入信号频率的二倍， 邱S癖-马)妊项为直流分量，即交流输入X和交流输入Y的相位差余弦的二分之一。
[000引通过后级的低通滤波器，交流分量被滤除，则只剩下直流分量CtJS(巧…没)/2，即 直流输出Z，测量低通滤波器的输出，可根据公式求得交流输入X和交流输入Y的相位差 巧二 2XarccosZ。
[0009] 运种鉴相电路响应速度快，鉴相精度高，输出稳定，结构简单，适合集成于高精度 仪器仪表中。但运种鉴相电路有一个不足，即当交流输入信号存在直流分量，且直流分量未 知时，通过测量直流输出Z再根据上述公式计算得到的相位差值存在误差。原因在于：
[0010] 交流输入X和交流输入Y为有直流分量的同频率正弦信号，分别表示为：
[00川部牛禅S(姆4赖和赛+ P田S跨乐巧，其中A和B为直流分量。
[0012] 可知乘法器的输出为：
[0013] ( [OS(鄉 + 姆）X (玄 + COS(脯 + 巧）
[0014] 二cos(碱+如X do韓诚寸邱:+心;〇s(鄉牛朝):+亞C姑(碰卡砖
[00巧]二[MS0减+:帮牛巧* C凸s(巧-巧y 2 + *4觀巧+沒cc's(、<獄+键.f 进 [0016] 其中COS(终她+帮+靖輝、躬姆(诚+薄、友姑:游T+ # S项为交流分量， COS给-巧/Z+A.及项为直流分量。
[0017] 通过后级的低通滤波器，交流分量被滤除，则剩下直流分量eas(巧-巧/2+.4-5， 因为扭项的存在，如果按照原公式计算，则自然存在误差。为了解决现有方案交流输入 存在直流分量时测量存在误差的问题，发明了一种改进的模拟鉴相电路。
【发明内容】
[0018] 本实用新型的目的是提出一种模拟鉴相电路，通过增加一个乘法器和两个低通滤 波器解决了上述问题。
[0019] 为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种模拟鉴相电路，包括:乘法器 1:其两个输入端分别与交流输入X和交流输入Y连接，将输入信号相乘，并将结果送至乘法 器1的输出；低通滤波器3:其输入与所述乘法器1的输出相连，其输出与直流输出Zl相连，其 截止频率低于所述交流输入X和交流输入Y的频率，滤除所述乘法器1输出信号的交流分量， 保留直流分量;还包括乘法器2、低通滤波器4、低通滤波器5,所述低通滤波器4连接于所述 交流输入X与所述乘法器2的输入之间，将所述交流输入X的直流分量送至所述乘法器2;所 述低通滤波器5连接于所述交流输入Y与所述乘法器2的另一输入之间，将所述交流输入Y的 直流分量送至所述乘法器2;所述乘法器2的输出与直流输出Z2相连，所述低通滤波器4和所 述低通滤波器5的截止频率低于所述交流输入X和交流输入Y的频率。
[0020] 方案的进一步是:还包括直流偏置调节6,连接于所述交流输入X与所述低通滤波 器5之间，用于滤除所述交流输入X的直流分量，将所述直流输出Z2调节为零。
[0021] 方案的进一步是:还包括直流偏置调节7,连接于所述交流输入Y与所述低通滤波 器4之间，用于滤除所述交流输入Y的直流分量，将所述直流输出Z2调节为零。
[0022] 方案的进一步是:还包括减法器8,其两个输入端分别与所述直流输出Zl和所述直 流输出Z2相连接，其输出与直流输出Z3相连接，所述直流输出Z3为最终的测量点。
[0023] 本实用新型采用了全模拟的方案，测量出或者自动扣除了各分量的影响，解决了 现有技术中模拟鉴相电路的问题，结构简单，响应速度快，精度高，使用灵活方便。
【附图说明】
[0024] 图1是现有技术中一种模拟鉴相电路方案；
[0025] 图2是本实用新型的实施例一；
[0026] 图3是在实施例一的基础上增加直流偏置调节的实施例二；
[0027] 图4是在实施例一的基础上增加减法器的实施例
[0028] 图5是直流偏置调节的实施例。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
[0030] 本实用新型的一种实施例如图2所示，该实施例的模拟鉴相电路具有两个输入和 两个输出。交流输入X和交流输入Y为两个同频率的正弦量，两个输入通过乘法器1相乘，在 通过低通滤波器3,输出至直流输出Zi，其电压值等于邱S贼-身)/24进?店，其中却-媒 为交流输入X和交流输入Y的相位差，占为交流输入X和交流输入Y的直流分量的乘积。该 通路与图I所示现有技术中的模拟鉴相电路相同。而本实施例与图I的现有技术的不同之处 在于，增加了另一条支路，交流输入X和交流输入Y分别通过低通滤波器5和低通滤波器4，再 进入乘法器2的两个输入端，之后输出至直流输出Z2,其电压值等于强.露。通过测量直流 输出Zl W及直流输出Z2,即可W得到.C田S缺-斯户2乎.?.為W及弁宙的值，根据公式可 计算得到交流输入X和交流输入Y的相化左巧-没二arceos[f:'l-Z：2)x；Z]。
[0031] 从公式中可W看到，如果直流输出Z2为零，则交流输入X和交流输入Y的相位差只 与直流输出Zl相关，而直流输出Z2为零的条件是交流输入X直流分量和交流输入Y的直流分 量之一为零。由此，可W按照图3所示实施例设计模拟鉴相电路。在实施例一的基础上，增加 直流偏置调节6,连接于所述交流输入X与所述低通滤波器5之间，用于滤除所述交流输入X 的直流分量;或者增加直流偏置调节7，连接于所述交流输入Y与所述低通滤波器4之间，用 于滤除所述交流输入Y的直流分量;或者同时增加直流偏置调节6和直流偏置调节7。使用 时，可W使用电压表监测直流输出Z2,之后调节直流偏置调节6或直流偏置调节7,使直流输 出Z2为零。
[0032] 根据图2或者图3制作的模拟鉴相电路已经能够解决现有技术中的不足，但仍需要 对两路输出直流输出Zl和直流输出Z2进行测量。本实用新型公开如图4所示的实施例，在实 施例一的基础上，增加了减法器8，自动将直流输出Zl和直流输出Z2相减，减法器的输出直 流输出Z3即代表了交流输入X和交流输入Y的相位差巧-沒二，根据图4审。 作的模拟鉴相电路，无需调节交流输入X和交流输入Y的直流偏置，也无需测量直流输出Z2， 简化了方案，使电路效率进一步提高。
[0033] W上实施例中，低通滤波器可W采用有源低通滤波器的形式，构成包括:运算放大 器、滤波电容、限流电阻，所述限流电阻一端连接低通滤波器输入，另一端连接所述滤波电 容和所述运算放大器的输入端，构成积分电路，所述运算放大器的输出为所述低通滤波器 的输出。所述低通滤波器的截止频率低于交流输入X和交流输入Y的频率。
[0034] W上实施例中，所述乘法器1和乘法器2可W采用集成模拟乘法器。
[0035] W上实施例中，所述直流偏置调节6和所述直流偏置调节7,可W按照图5制作，包 括:隔直电容、平衡电阻、平衡电位器，=者有一个公共端，并作为所述直流偏置调节的输出 端。所述隔直电容的另一端为所述直流偏置调节的输入端，所述平衡电阻的另一端接电平 VSS，所述平衡电位器的另一端接电平VDD，其中，所述电平VSS和所述电平vm)-个为正电 压，一个为负电压。
[0036] 根据本实用新型制作的模拟鉴相电路，已应用于同频正弦信号的相位检测中，并 获得理想效果。
【主权项】
1. 一种模拟鉴相电路，包括： 乘法器（1):其两个输入端分别与交流输入X和交流输入Y连接，将输入信号相乘，并将 结果送至乘法器(1)的输出； 低通滤波器(3):其输入与所述乘法器（1)的输出相连，其输出与直流输出Z1相连，其截 止频率低于所述交流输入X和交流输入Y的频率，滤除所述乘法器(1)输出信号的交流分量， 保留直流分量； 其特征在于： 还包括乘法器(2)、低通滤波器(4)、低通滤波器(5)，所述低通滤波器(4)连接于所述交 流输入X与所述乘法器(2)的输入之间，将所述交流输入X的直流分量送至所述乘法器(2)， 所述低通滤波器(5)连接于所述交流输入Y与所述乘法器(2)的另一输入之间，将所述交流 输入Y的直流分量送至所述乘法器(2)，所述乘法器(2)的输出与直流输出Z2相连。2. 根据权利要求1所述的一种模拟鉴相电路，其特征在于，还包括直流偏置调节(6)，连 接于所述交流输入X与所述低通滤波器(5)之间，用于滤除所述交流输入X的直流分量，将所 述直流输出Z2调节为零。3. 根据权利要求1或2所述的一种模拟鉴相电路，其特征在于，还包括直流偏置调节 (7)，连接于所述交流输入Y与所述低通滤波器(4)之间，用于滤除所述交流输入Y的直流分 量，将所述直流输出Z2调节为零。4. 根据权利要求1所述的一种模拟鉴相电路，其特征在于，还包括减法器(8)，其两个输 入端分别与所述直流输出Z1和所述直流输出Z2相连接，其输出与直流输出Z3相连接，所述 直流输出Z3为最终的测量点。
【专利摘要】本实用新型公开了一种模拟鉴相电路，通过增加一个乘法器和两个低通滤波器解决了当交流输入信号存在直流分量，且直流分量未知时，测量相位差值存在误差的问题。结构简单，响应速度快，精度高，使用灵活方便。根据本实用新型制作的模拟鉴相电路，已应用于同频正弦信号的相位检测中，并获得理想效果。
【IPC分类】H03L7/085
【公开号】CN205142180
【申请号】CN201521025146
【发明人】李宝娟, 袁琰
【申请人】袁琰
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月11日