基于FPGA的正弦信號相位差測量方法設(shè)計.pdf

1、相位差是指兩路同頻信號之間相位的差值，又叫做相差。對于兩路同頻的正弦信號，其相位差等于這兩路正弦信號的初始相位之差，是一個不隨著時間變化而變化的常數(shù)。近些年來，兩路正弦信號之間相位差的測量在信號分析、工業(yè)自動化、智能控制、電子及通信技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、雷達(dá)、聲納、水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。因此，精確地測量由傳感器接收到的兩路正弦信號之間的相位差具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　本文在分析了常用的測量正弦信號相位差的方法之后，針

2、對存在的缺陷，設(shè)計了三種基于FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)的正弦信號相位差測量方法及硬件電路，并對所設(shè)計的三種相位差測量方法分別進(jìn)行了驗證，并將基于FPGA及FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里葉變換)技術(shù)的相位差測量方法應(yīng)用于水中溶解氧含量的測量，結(jié)果表明了本文所設(shè)計的基于FPGA及FFT技術(shù)的相位差測量方法的有效性。論文的主要工作和成果歸納

3、如下:
　　(1)分別設(shè)計了三種基于FPGA的相位差測量方法及電路，并將三種測量電路設(shè)計在同一塊硬件電路板上，包括減法測量電路、乘法測量電路以及FFT法測量電路，并對自動增益控制(Automatic Gain Control，AGC)電路、二階有源帶通濾波電路、二階有源低通濾波電路、DAC（Digital to Analog Converter，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器）模塊和ADC(Analog to Digital Converter，

4、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)模塊、DDR2(Double Data Rate2)接口電路及其他模塊電路進(jìn)行了設(shè)計。
　　(2)在研究了DDS(Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字頻率合成器)的基本原理之后，利用FPGA內(nèi)的DDS IP(Intellectual Property)核以及硬件電路模塊生成了兩路具有一定相位差的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，用于驗證本文所設(shè)計的相位差測量方法的可行性，利用FPGA內(nèi)的FFT IP核對本文所

5、設(shè)計的基于FPGA及FFT技術(shù)的相位差測量方法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。
　　(3)對本文所設(shè)計的三種相位差測量方法分別進(jìn)行了驗證，根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)對三種測量方法的測量精度及測量誤差進(jìn)行了分析，然后對三種測量方法進(jìn)行了綜合對比分析，最后將基于FPGA及FFT技術(shù)的相位差測量方法應(yīng)用于水中溶解氧含量的測量，結(jié)果表明本文所設(shè)計的基于FPGA及FFT技術(shù)的相位差測量方法的有效性，在測量水中溶解氧含量時可以達(dá)到ppb（parts per billion，十