基于微處理器的寬頻帶相位測量系統的設計與應用

　　3 測試結果與分析

　　兩路同頻輸入信號是由一個(gè)相位差可調節的高精度信號源產(chǎn)生。當輸入信號頻率小于30 kHz時(shí)，由ADuC7128 內部計數器直接計數，經(jīng)過(guò)數據處理后得出相位差。輸入信號在進(jìn)行過(guò)零比較時(shí)，由于兩路輸入信號之間的電平不相等所引起的幅相誤差，使得整形后產(chǎn)生的方波有所失真。圖5 是兩路輸入信號為100 kHz，相位差75°的正弦波信號，經(jīng)過(guò)頻率變換及濾波整形后，兩個(gè)信號的相位保持不變，頻率變?yōu)?0 kHz、幅度線(xiàn)性變化，如圖6 所示。

圖5 兩路相位差75°的正弦波信號

圖6 兩路相位差75°的方波信號

　　隨機抽取四個(gè)不同頻率的輸入信號，分別在相位差為0 ～ 150°的范圍內進(jìn)行測試，測試結果見(jiàn)表1。

表1 測試結果

　　測量結果表明該系統的最大測量不確定度為± 0. 4°，基本滿(mǎn)足了預期≤0. 5°的設計要求。主要誤差源是ADuC7128 內部計數器只能進(jìn)行整數計數，而引起的± 1 的計數誤差，該誤差可以采用多次測量求平均值的軟件方法進(jìn)行修正。同時(shí)，兩路信號通道內部硬件電路結構存在差異，也是造成測量誤差的原因，解決此類(lèi)誤差只能在設計對稱(chēng)結構的硬件電路時(shí)，盡量選用相同的元器件。

　　4 結論

　　為了解決寬頻信號相位測量精度與微處理器主頻之間的矛盾，本文通過(guò)引入差頻變換原理，設計出一種基于A(yíng)DuC7128 微處理器的寬頻帶相位測量系統。該系統能夠完成輸入信號在0 ～ 10 MHz范圍內的相位測量，測量分辨率可達0. 1°，通過(guò)使用ADuC7128 芯片內部DDS 模塊，節省了硬件成本，同時(shí)也降低了電路設計的復雜性，增加了系統的可靠性。試驗表明，該系統設計方案可行、測量結果準確。如果直接選擇主頻較高的微處理器或者通過(guò)時(shí)鐘倍頻的方法提高計數脈沖速度，在此設計方案基礎上，就能夠進(jìn)一步拓寬相位測量的頻帶。