基于鎖相環(huán)與雙AD7865的交流采樣技術(shù)及其應用

2 工頻信號鎖相倍頻原理及頻率跟蹤電路的實(shí)現
交流采樣法包括同步采樣法、準同步采樣法、非整周期采樣法、非同步采樣法等幾種，系統采用同步采樣法。同步采樣法就是整周期等間隔均勻采樣，要求被測信號周期T與采樣時(shí)間間隔△t及一周內采樣點(diǎn)數N之間滿(mǎn)足關(guān)系式T=N△t，即采樣頻率為被測信號頻率的N倍。根據提供采樣信號方式不同，同步采樣法又分為軟件同步采樣法和硬件同步采樣法兩種。本系統采用硬件同步采樣。
硬件同步采樣法是由專(zhuān)門(mén)的硬件電路產(chǎn)生同步于被測信號的采樣脈沖。一種利用鎖相環(huán)頻率跟蹤原理實(shí)現同步等間隔采樣的電路如圖1所示。

在相位比較器PD、低通濾波器LP、壓控振蕩器VCO構成的鎖相環(huán)內加入N分頻器，輸入fi為被測信號的頻率，作為鎖相環(huán)的基準頻率，輸出fo為采樣頻率。fo經(jīng)N分頻后與fi相比較，根據鎖相環(huán)工作原理，鎖定時(shí)fo／N=fi，即fo=Nfi。由于鎖相環(huán)的實(shí)時(shí)跟蹤性，當被測信號頻率fi變化時(shí)，電路能自動(dòng)快速跟蹤并鎖定，始終滿(mǎn)足fo=Nfi的關(guān)系，即采樣頻率為被測信號頻率的整數(N)倍。用該輸出去控制采樣／保持器，并啟動(dòng)A／D轉換，這樣就可以使N個(gè)采樣點(diǎn)均勻分布在被測電網(wǎng)信號的一個(gè)整周波內，消除了同步誤差，實(shí)現了無(wú)相位差的同步采樣。鎖相環(huán)相位鎖定時(shí)，壓控振蕩器VCO能在一定范圍內自動(dòng)跟蹤輸入信號的頻率變化，在頻率有畸變的情況下也能確保數據的同步采樣，保證測量精度。
系統中的頻率跟蹤電路由專(zhuān)用鎖相芯片CD4046和分頻芯片CD4040組成，以實(shí)現工頻信號的鎖相倍頻，分頻比為1／64。在工頻信號恰好為50 Hz的情況下，該電路的鎖相倍頻頻率為50×64=3 200 Hz，相當于一個(gè)工頻周期內有64個(gè)采樣脈沖，頻率跟蹤鎖相電路接線(xiàn)圖如圖2所示。

由圖2可看出，工頻方波信號由AIN輸入，經(jīng)過(guò)倍頻的方波信號由VCOUT輸出去觸發(fā)A／D芯片。