一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统及方法技术方案

本发明专利技术属于频率响应测量技术领域，公开了一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统及方法。包括同步波形发生器、待测线性系统、信号调理电路、同步模数转换器和计算控制单元。本发明专利技术利用离散傅里叶变换的结果同时具有实部和虚部这一特点，并利用叠加定理，输入多个正弦子信号的叠加信号，通过系统同步和同步离散傅里叶变换，一次得到待测线性系统在多个频率点上的幅频响应和相频响应。本发明专利技术提出的测量系统及方法具有测量系统简单、测量效率高的优点。高的优点。高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统及方法


[0001]本专利技术属于频率响应测量
，尤其涉及一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统及方法。

技术介绍

[0002]线性系统频率响应测量在电子电路等领域中有广泛的应用。
[0003]传统的频率响应测量系统，为了得到幅频响应和相频响应，一般采用两路正交架构，如图1所示。正交信号源输出正弦波施加到待测线性系统之后，用正弦波和余弦波两路波形与待测线性系统输出的波形分别相乘，再把两路乘法的结果分别积分后送入各自的模数转换器中，计算单元对两个模数转换器的输出做运算得到待测线性系统的幅频响应和相频响应。
[0004]传统的频率响应测量系统存在系统结构相对复杂、测量效率相对较低的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量方法,以解决传统的频率响应测量系统存在的系统结构相对复杂、测量效率相对较低的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统及方法的具体技术方案如下：
[0007]一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统，包括：一个同步波形发生器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrol0和同步时钟信号CLK0，输出测量信号x(t)接入待测线性系统；
[0008]一个待测线性系统，输入是同步波形发生器的输出x(t)，输出m(t)接入信号调理电路；
[0009]一个信号调理电路，输入是待测线性系统的输出m(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrol2，输出y(t)接入同步模数转换器；
[0010]一个同步模数转换器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrol1、同步时钟信号CLK1和信号调理电路的输出y(t)，输出数字码字y(n)接入计算控制单元；
[0011]一个计算控制单元，输入是同步模数转换器输出的数字码字y(n)，输出是信号Ctrol0、Ctrol1、Ctrol2、CLK0和CLK1，还输出测量得到的测量结果。
[0012]本专利技术还公开了一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量方法，包括多个测量轮次，每个测量轮次包括以下五个步骤：
[0013]第一步，根据目标测量频率，计算控制单元设定同步波形发生器的输出x(t)为M个频率分别为f1、f2、
……
f
M
的正弦子信号S1、S2……
S
M
叠加组成，分别设定S1、S2……
S
M
的幅度和初始相位，其中M是正整数，子信号S
i
的频率f
i
满足f
i
＝(i+n)
·
f0，i＝1，2，
……
M，n是非负整数，f0是基准频率；
[0014]第二步，计算控制单元设定信号调理电路的低通截止频率f
C
和同步模数转换器的
采样频率f
s
，再同时启动同步波形发生器和同步模数转换器，其中f0与f
s
之间满足f
s
＝K
·
f0，K是大于2
·
(M+n)的正整数；
[0015]第三步，计算控制单元调整信号调理电路的增益A
V
，保证同步模数转换器的输入处在未饱和、接近满量程的状态；
[0016]第四步，计算控制单元对同步模数转换器的输出y(n)进行K点同步DFT计算，得到在频率点f1、f2、
……
f
M
处信号y(t)的频谱数据Y(f1)、Y(f2)、
……
Y(f
M
)；
[0017]第五步，计算控制单元用Y(f1)、Y(f2)、
……
Y(f
M
)分别除以信号调理电路在频率点f1、f2、
……
f
M
处的增益A
V
(f1)、A
V
(f2)、
……
A
V
(f
M
)，再分别除以信号x(t)在频率点f1、f2、
……
f
M
处的K点同步DFT频谱数据X(f1)、X(f2)、
……
X(f
M
)，分别得到待测线性系统在频率点f1、f2、
……
f
M
处的频率响应H(f1)、H(f2)、
……
H(f
M
)。
[0018]进一步地，所述同步波形发生器，可以输出由多个正弦子信号叠加形成的信号，其中子信号的数量以及每个子信号的初始相位、幅度和频率都由计算控制单元决定，子信号S
i
的频率f
i
满足f
i
＝(i+n)
·
f0，i＝1，2，
……
M，n是非负整数，f0是基准频率。
[0019]进一步地，所述信号调理电路，对输入信号m(t)进行线性放大和低通滤波。它的增益A
V
可调、低通滤波的截止频率f
C
可调，由计算控制单元输出的控制信号Ctrol2决定。
[0020]进一步地，所述同步模数转换器，其采样时钟与同步时钟信号CLK1同步，其采样频率f
s
由计算控制单元输出的控制信号Ctrol1决定，与f0之间满足f
s
＝K
·
f0，其中K是大于2
·
(M+n)的正整数。
[0021]进一步地，所述计算控制单元，可以读取外部数字码字输入，可以进行数学运算，可以输出控制信号和测量结果。它输出控制信号Ctrol0和同步时钟CLK0接入同步波形发生器，控制x(t)中子信号的数量以及每个子信号的初始相位、幅度和频率；输出控制信号Ctrol1和同步时钟信号CLK1接入同步模数转换器，控制同步模数转换器的采样频率；输出控制信号Ctrol2接入信号调理电路，控制信号调理电路的增益A
V
和低通截止频率f
C
；并输出测量结果。
[0022]进一步地，所述测量方法中的K点同步DFT计算，它要求与旋转因子W
K0
相乘的时域码字，在相位空间里，对应着时域信号的初始相位。
[0023]进一步地，所述Y(f
i
)、A
V
(f
i
)、X(f
i
)、H(f
i
)是复数，同时具有幅度和相位，其中i＝1，2，
……
M。
[0024]本专利技术的基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统及方法具有以下优点：系统结构更简单，无需正交信号源、两路模拟乘法器，只需一路模数转换器；一次测量得到待测线性系统多个频率点上的幅频响应和相频响应，测量方法效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统，其特征在于，包括：一个同步波形发生器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrol0和同步时钟信号CLKO，输出测量信号X(t)接入待测线性系统；一个待测线性系统，输入是同步波形发生器的输出x(t)，输出m(t)接入信号调理电路；一个信号调理电路，输入是待测线性系统的输出m(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrol2，输出y(t)接入同步模数转换器；一个同步模数转换器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrol1、同步时钟信号CLK1和信号调理电路的输出y(t)，输出数字码字y(n)接入计算控制单元；一个计算控制单元，输入是同步模数转换器输出的数字码字y(n)，输出是信号Ctrol0、Ctrol1、Ctrol2、CLKO和CLK1，还输出测量得到的测量结果。2.一种利用如权利要求1所述的基于同步离散傅里叶变换的频率响应测量系统进行频率响应测量的方法，其特征在于，包括多个测量轮次，每个测量轮次包括以下五个步骤：第一步，根据目标测量频率，计算控制单元设定同步波形发生器的输出x(t)为M个频率分别为f1、f2、
……
f
M
的正弦子信号S1、S2……
S
M
叠加组成，分别设定S1、S2……
S
M
的幅度和初始相位，其中M是正整数，子信号S
i
的频率f
i
满足f
i
＝(i+n)
·
f0，i＝1，2，
……
M，n是非负整数，f0是基准频率；第二步，计算控制单元设定信号调理电路的低通截止频率f
C
和同步模数转换器的采样频率f
s
，再同时启动同步波形发生器和同步模数转换器，其中f0与f
s
之间满足f
s
＝K
·
f0，K是大于2
·
(M+n)的正整数；第三步，计算控制单元调整信号调理电路的增益A
V
，保证同步模数转换器的输入处在未饱和、接近满量程的状态；第四步，计算控制单元对同步模数转换器的输出y(n)进行K点同步DFT计算，得到在频率点f1、f2、
……
f
M
处信号y(t)的频谱数据Y(f1)、Y(f2)、
……
Y(f
M
)；第五步，计算控制单元用Y(f1)、Y(f2)、
……
Y(f
M
)分别除以信号调理电路在频率点f1、f2、
……
f
M
处的增益A
V
(f1)、A
V
(f2)、
……
A
V
(f
M
)，再分别除以信号x(t)在频...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯向东，赵博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：