一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置制造方法及图纸

技术编号:10509698 阅读:164 留言:0更新日期:2014-10-08 12:22
本发明专利技术公开了一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置,该装置既可用于加速器相幅稳定系统分机中又可作为高精度相位计、检波器使用。它由滤波器、变压器、数控放大器、模数转换器、数字处理单元、电源等部件组成,它通过数字处理单元控制数控放大器使模数转换器工作在最佳采样信号幅度并进行数字采样,数字信号通过锁相环、数字下变频(DDC)、数字鉴相检波等信号处理算法后,获得相位差、幅度等数字信息。本发明专利技术具有高精度、高温度稳定性、高一致性与高可靠性等特点,特别适合用于加速器相幅稳定系统或高精度相位计、检波器。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置
本专利技术涉及信号处理领域的一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置,特别适 合用于加速器相幅稳定系统或高精度相位计、检波器。
技术介绍
相位幅度检测在通信系统、稳定系统、工业等领域中有广泛的应用,可用于电力系 统、离子加速器相幅稳定系统和高精度相位幅度测试等。传统的相位幅度检测装置多采用 模拟电路形式或分离式数字电路实现。模拟器件会因外部干扰或本身线路的原因产生各种 各样的误差,严重影响测量精度,而且长期相位幅度漂移大、温度适应性差,无法应用于要 求精度高、稳定性高和输入信号干扰大的场合。使用分离式数字电路实现的相位幅度检测 装置原理和电路复杂,分离器件多,调试工作量大,温度稳定性和一致性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述
技术介绍
中的不足之处而提供一种高稳定度、高精度 的相位幅度检测装置,本专利技术以FPGA芯片为核心采用数字信号处理技术实现相位幅度检 测,具有测量精度高、温度稳定性高、集成化程度高、一致性和可靠性高、调试简单便于升级 等特点。 本专利技术的目的是这样实现的:一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置,包括第 一滤波器1、第一变压器2、第一数控放大器3、第一模数转换器4、第二滤波器6、第二变压器 7、第二数控放大器8、第二模数转换器9和电源10,其特征在于:还包括数字处理单元5 ;其 中第一滤波器1将外部输入的信号A滤除带外杂散后由第一滤波器1出端2脚输出到第一 变压器2入端1脚,第一变压器2进行阻抗变换后由第一变压器2出端2脚输出到第一数 控放大器3入端1脚;第一数控放大器3在数字处理单元5出端8脚输出的数据位控制下 对第一变压器2输出的信号进行增益放大,之后输出至第一模数转换器4入端1脚;第一模 数转换器4在数字处理单元5出端9脚输出的工作模式控制信号的控制下对第一数控放大 器3输出的信号进行模数转换和过采样,第一模数转换器4出端3脚将采样后的数字信号 输出到数字处理单元5入端1脚,第一模数转换器4出端2脚将饱和溢出信号输出到数字 处理单元5入端2脚; 其中,第二滤波器6将外部输入的信号B滤除带外杂散后由第二滤波器6出端2 脚输出到第二变压器7入端1脚,第二变压器7进行阻抗变换后由第二变压器7出端2脚 输出到第二数控放大器8入端1脚;第二数控放大器8在数字处理单元5出端6脚输出的 数据位控制下对第二变压器7输出的信号进行增益放大,之后输出至第二模数转换器9入 端1脚;第二模数转换器9在数字处理单元5出端3脚输出的工作模式控制信号的控制下 对第二数控放大器9输出的信号进行模数转换和过采样,第二模数转换器9出端3脚将采 样后的数字信号输出到数字处理单元5入端4脚,第二模数转换器9出端2脚将饱和溢出 信号输出到数字处理单元5入端5脚; 数字处理单元5根据第一模数转换器4输出的饱和溢出信号产生用于控制第一数 控放大器的数据位控制信号,数字处理单元5根据第二模数转换器9输出的饱和溢出信号 产生用于控制第二数控放大器的数据位控制信号,数字处理单元5将第一模数转换器4输 出的数字信号和第二模数转换器9输出的数字信号进行锁相环、数字下变频和数字鉴相检 波后,解调出相位数据和幅度数据由数字处理单元5出端7脚进行输出。电源10入端1脚 与出入端口 C连接,电源10出端2、3、4脚与各部件相应电源端并接。 本专利技术的目的还可以通过以下措施达到: 数字处理单元5包括恒温晶振24、晶振27、电源及复位电路28、接口电路29、 DSP26 和 FPGA30 ; 恒温晶振24出端1脚输出到时钟模块25入端1脚,为FPGA内部的各模块提供 同步时钟;第一模数转换器4出端3脚将采样后的数字信号分别输出到第一至第二乘法器 11、13的入端1脚;数控振荡器15出端1脚输出正交信号到第一乘法器11入端2脚,数控振 荡器15出端2脚输出同相信号到第二乘法器13入端2脚;第一乘法器11将采样后的数字 信号和正交信号相乘后输出至第一数字下变频12,第一数字下变频12在内部同步时钟同 步下对依次滤波和降采样,得到低频低速Q1信号并输出至计算模块20 ;第二乘法器13将 采样后的数字信号和同相信号相乘后输出至第二数字下变频14,第二数字下变频14在内 部同步时钟同步下对依次滤波和降采样,得到低频低速II信号并输出至第一计算模块20 ; 第一计算模块20经过反正切运算和平方根运算得到相位值h、和检波值&,将相位值 分别送至环路滤波器21和接口模块23,将检波值&送至接口模块23 ;环路滤波器21对相 位值Φ i进行环路滤波后输出至数控振荡器15 ;第一模数转换器4出端2脚将饱和溢出信 号输出到第一控制模块31入端1脚,第一控制模块根据饱和溢出信号产生用于控制第一数 控放大器的数据位控制信号,第一控制模块31出端3脚连接第一模数转换器4入端4脚, 用于第一数模转换器工作模式的控制; 数控振荡器15出端1脚输出正交信号到第三乘法器16入端2脚,数控振荡器15 出端2脚输出同相信号到第四乘法器18入端2脚;第三乘法器16将采样后的数字信号和正 交信号相乘后输出至第三数字下变频17,第三数字下变频17在内部同步时钟同步下对依 次滤波和降采样,得到低频低速Q2信号并输出至计算模块20 ;第四乘法器18将采样后的 数字信号和同相信号相乘后输出至第四数字下变频19,第四数字下变频19在内部同步时 钟同步下对依次滤波和降采样,得到低频低速12信号并输出至第二计算模块20 ;第二计算 模块22经过反正切运算和平方根运算得到相位值Φ2、检波值&,并送至接口模块23 ;第二 模数转换器9出端2脚将饱和溢出信号输出到第二控制模块32入端1脚,第二控制模块根 据饱和溢出信号产生用于控制第二数控放大器的数据位控制信号,第二控制模块32出端3 脚连接第二模数转换器9入端4脚,用于第二数模转换器工作模式的控制; 接口模块23将相位值、和检波值Ai、相位值Φ2和检波值&分别输出到DSP26 的外部存储器接口 EMIF模块,在DSP26中实现相位值Φρ Φ2的差值计算、检波值八1和检 波值&转换输出及控制信息输入、解析;晶振27出端1脚输出的时钟信号送到DSP26入端 5脚的时钟模块Clock ;电源及复位电路28监测DSP26中的各路电源电压以及在电压非正 常时产生复位信号,送到DSP26入端4脚的复位RESET模块;接口电路29与DSP26的SCI 接口和CAN接口相连接,用于将DSP26输出的相位数据和幅度数据进行电平变换后对外输 出。 本专利技术与
技术介绍
相比具有如下优点: 1.本专利技术以FPGA为基础的数字处理单元5代替了模拟电路形式或分离式数字电 路为基础的检测装置,具有集成化程度高、可靠性高、调试简单等特点。 2.本专利技术以FPGA芯片为核心采用数字信号处理技术实现相位幅度检测,在FPGA 内部实现数字锁相环,利用锁相环的相位跟踪特性实现相位采样,重构输出幅度,锁相环对 闭环带宽以外的杂散信号具有很好的抑制度,输入信号具有很宽的带宽,抗干扰性、通用性 和稳定性增强;在FPGA内部采用32位本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置,包括第一滤波器(1)、第一变压器(2)、第一数控放大器(3)、第一模数转换器(4)、第二滤波器(6)、第二变压器(7)、第二数控放大器(8)、第二模数转换器(9)和电源(10),其特征在于:还包括数字处理单元(5);其中第一滤波器(1)将外部输入的信号A滤除带外杂散后由第一滤波器(1)出端2脚输出到第一变压器(2)入端1脚,第一变压器(2)进行阻抗变换后由第一变压器(2)出端2脚输出到第一数控放大器(3)入端1脚;第一数控放大器(3)在数字处理单元(5)出端8脚输出的数据位控制下对第一变压器(2)输出的信号进行增益放大,之后输出至第一模数转换器(4)入端1脚;第一模数转换器(4)在数字处理单元(5)出端9脚输出的工作模式控制信号的控制下对第一数控放大器(3)输出的信号进行模数转换和过采样,第一模数转换器(4)出端3脚将采样后的数字信号输出到数字处理单元(5)入端1脚,第一模数转换器(4)出端2脚将饱和溢出信号输出到数字处理单元(5)入端2脚;其中,第二滤波器(6)将外部输入的信号B滤除带外杂散后由第二滤波器(6)出端2脚输出到第二变压器(7)入端1脚,第二变压器(7)进行阻抗变换后由第二变压器(7)出端2脚输出到第二数控放大器(8)入端1脚;第二数控放大器(8)在数字处理单元(5)出端6脚输出的数据位控制下对第二变压器(7)输出的信号进行增益放大,之后输出至第二模数转换器(9)入端1脚;第二模数转换器(9)在数字处理单元(5)出端3脚输出的工作模式控制信号的控制下对第二数控放大器(9)输出的信号进行模数转换和过采样,第二模数转换器(9)出端3脚将采样后的数字信号输出到数字处理单元(5)入端4脚,第二模数转换器(9)出端2脚将饱和溢出信号输出到数字处理单元(5)入端5脚;数字处理单元(5)根据第一模数转换器(4)输出的饱和溢出信号产生用于控制第一数控放大器的数据位控制信号,数字处理单元(5)根据第二模数转换器(9)输出的饱和溢出信号产生用于控制第二数控放大器的数据位控制信号,数字处理单元(5)将第一模数转换器(4)输出的数字信号和第二模数转换器(9)输出的数字信号进行锁相环、数字下变频和数字鉴相检波后,解调出相位数据和幅度数据由数字处理单元(5)出端7脚进行输出。电源(10)出端2、3、4脚与各部件相应电源端并接。...

【技术特征摘要】
1. 一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置,包括第一滤波器(1)、第一变压器(2)、 第一数控放大器(3)、第一模数转换器(4)、第二滤波器(6)、第二变压器(7)、第二数控放大 器(8)、第二模数转换器(9)和电源(10),其特征在于:还包括数字处理单元(5);其中第一 滤波器(1)将外部输入的信号A滤除带外杂散后由第一滤波器(1)出端2脚输出到第一变 压器(2)入端1脚,第一变压器(2)进行阻抗变换后由第一变压器(2)出端2脚输出到第 一数控放大器(3)入端1脚;第一数控放大器(3)在数字处理单元(5)出端8脚输出的数 据位控制下对第一变压器(2)输出的信号进行增益放大,之后输出至第一模数转换器(4) 入端1脚;第一模数转换器(4)在数字处理单元(5)出端9脚输出的工作模式控制信号的 控制下对第一数控放大器(3)输出的信号进行模数转换和过采样,第一模数转换器(4)出 端3脚将采样后的数字信号输出到数字处理单元(5)入端1脚,第一模数转换器(4)出端 2脚将饱和溢出信号输出到数字处理单元(5)入端2脚; 其中,第二滤波器(6)将外部输入的信号B滤除带外杂散后由第二滤波器¢)出端2 脚输出到第二变压器(7)入端1脚,第二变压器(7)进行阻抗变换后由第二变压器(7)出 端2脚输出到第二数控放大器(8)入端1脚;第二数控放大器(8)在数字处理单元(5)出 端6脚输出的数据位控制下对第二变压器(7)输出的信号进行增益放大,之后输出至第二 模数转换器(9)入端1脚;第二模数转换器(9)在数字处理单元(5)出端3脚输出的工作 模式控制信号的控制下对第二数控放大器(9)输出的信号进行模数转换和过采样,第二模 数转换器(9)出端3脚将采样后的数字信号输出到数字处理单元(5)入端4脚,第二模数 转换器(9)出端2脚将饱和溢出信号输出到数字处理单元(5)入端5脚; 数字处理单元(5)根据第一模数转换器(4)输出的饱和溢出信号产生用于控制第一数 控放大器的数据位控制信号,数字处理单元(5)根据第二模数转换器(9)输出的饱和溢出 信号产生用于控制第二数控放大器的数据位控制信号,数字处理单元(5)将第一模数转换 器(4)输出的数字信号和第二模数转换器(9)输出的数字信号进行锁相环、数字下变频和 数字鉴相检波后,解调出相位数据和幅度数据由数字处理单元(5)出端7脚进行输出。电 源(10)出〗而2、3、4脚与各部件相应电源〗而并接。2. 根据权利要求1所述的一种高稳定度、高精度的相位幅度检测装置,其特征在于: 数字处理单元(5)包括恒温晶振(24)、晶振(27)、电源及复位电路(28)、接口电路(29)、 DSP (26)和 FPGA (30); 恒温晶振(24)出端1脚输出到时钟模块(25)入端1脚,为FPGA内部的各模块提供 同步时钟;第一模数转换器(4)出端3脚将采样后的数字信号分别输出到第一至第二乘法 器(11、13)的入端1脚;数控振荡器(15)出端1脚输出正...

【专利技术属性】
技术研发人员:张红涛李强李靖杨锁强林兴隆高焕英
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第五十四研究所
类型:发明
国别省市:河北;13

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