基于數字鑒相的自由軸法RLC測量

圖3中時(shí)鐘信號CLK經(jīng)分頻器后，得到依次二倍頻率關(guān)系的8路信號，作為ROM1的地址輸入，ROM1存放有256個(gè)按正弦規律變化的數據，即每一個(gè)存儲單元存儲的樣點(diǎn)數據與其地址之間的關(guān)系和正弦波的幅值與時(shí)間軸的關(guān)系一致。在分頻器輸出8路信號作用下，ROM1依次輸出正弦曲線(xiàn)樣點(diǎn)數據，經(jīng)D／A轉換器后輸出階梯正弦波，再經(jīng)濾波、放大，就得到了測試用的正弦激勵信號。信號基礎頻率由單片機的P1．2和P1．3控制，若P1．2，P1．3分別為00，10，01，則基礎頻率廠(chǎng)依次為100 Hz，1 kHz，10 kHz。
2．2 基準相位發(fā)生器
基準相位發(fā)生器由ROM2實(shí)現，ROM2的高兩位地址A9，A8由單片機的P1．1和P1．0提供，低8位地址A7～A0與ROM1地址對應相連。ROM2分為4個(gè)區，每區有64個(gè)數據，分別代表了4組相差90°的正弦波信號值。由P1．0，P1．1選擇不同的區域。當P1．1，P1．0分別為00，01，10，111，ROM2依次輸出相位相差90°的正弦信號(相位參考基準信號)。
2．3 相敏檢波器
相敏檢波器由乘法型D／A轉換器和低通濾波器構成。乘法型D／A轉換器用于實(shí)現數字鑒相。ROM2輸出的8位數字式基準正弦信號送到8位乘法型D／A轉換器，與加至D／A轉換器參考電壓VREF端的被測電壓UX(或US)相乘，再經(jīng)低通濾波便得到被測信號UX(或US)在坐標軸上的投影分量。分析如下，先使P1．1，P1．0＝00，設ROM2輸出正弦信號為cos(ωt)，被測信號UX=Umcos(ωt+ψ)，經(jīng)乘法型D／A后輸出為：

再經(jīng)低通濾波器后輸出為Umcosψ，它是被測信號UX在x坐標軸上的投影。然后使P1．1，P1．0=01，實(shí)現90°移相操作，此時(shí)ROM2輸出為cos(ωT+π／2)，被測信號UX仍然為Umcos(ωt+ψ)，D／A轉換器輸出為：

經(jīng)低通濾波可以得到UX在y坐標軸上的投影分量Umsin ψ信號。
同理，可以得到US在x，y坐標軸上的投影分量。

3 結 語(yǔ)
本電路所采用的數字相敏檢波器比傳統的模擬相敏檢波器具有無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)乘法型D／A轉換器進(jìn)行數字鑒相，減少了傳統模擬鑒相器開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程中出現的尖脈沖，提高了測量精度；兩個(gè)相互垂直的相位參考基準信號通過(guò)ROM2準確獲得，相位參考基準信號電路比模擬相敏檢波器大大簡(jiǎn)化；此外鑒相器使用D／A轉換器后電路的溫度系數進(jìn)一步減小。