高精度數(shù)字相位計的研究.pdf

1、本課題是以與天津中環(huán)電子儀器有限公司合作的橫向課題“高精度寬帶數(shù)字相位計”為背景。針對目前國內(nèi)數(shù)字相位計功能單一、自動化程度不高、精度低等問題，本文對高精度數(shù)字相位計進行了深入研究。通過對數(shù)值取樣法、數(shù)字相關法、相位—電壓轉換法、相位—時間轉換法和過零鑒相法等相位差測量方法的研究，本文采用基于FPGA的FFT算法研制出高精度數(shù)字相位計，此高精度數(shù)字相位計最突出的特點是實現(xiàn)了相位計的高精度、量程自動轉換和多功能性，與傳統(tǒng)相位計相比，其測量

2、精度從0.1°提高到0.05°，本論文的主要工作是高精度數(shù)字相位計的硬件電路設計和軟件設計。
　　 一、高精度數(shù)字相位計硬件電路設計包括:
　　 基于循環(huán)計數(shù)原理的自動換程系統(tǒng):主要包括衰減電路、放大電路、幅值檢測電路和換程控制電路。該設計精度高、可移植性強，在一定程度上縮短了儀器儀表的開發(fā)周期。
　　 整形電路設計。該設計采用施密特觸發(fā)器將正弦波轉化為方波。
　　 A/D采樣及轉換電路設計。該設計使用高

3、精度的16位A/D芯片ADS1605，采用TI公司提供的典型耦合差分電路，這種電路要求帶寬略低，交流信號失真小且引入噪聲小。由于這是一個差分輸入電路，而整形電路的輸出是單端輸出電路，因此需要使用差分放大器AD8138芯片來實現(xiàn)單端至差分的轉換。
　　 前面板設計。本設計采用ICM7216，因其內(nèi)部含有譯碼電路和驅動電路并且內(nèi)部會自動產(chǎn)生小數(shù)點的移位，可以減少大量的編程，頻率計的設計實現(xiàn)了相位計的功能多樣化。
　　 電源設

4、計。為提高電源精度，選用可調(diào)節(jié)三端正電壓穩(wěn)壓器(LM317、LM337、LM323)來完成電源的設計。
　　 二、高精度數(shù)字相位計的軟件設計
　　 本文對FFT算法(即離散傅里葉變換(DFT)的一種高效算法)進行了深入研究，通過選擇基于FPGA的CycloneⅡ系列的EP2C15AF256C8芯片，采用FFTIP核的方法對相位差來進行測量，通過Matlab聯(lián)合仿真證明該方案的正確性。實例驗證，與傳統(tǒng)相位計相比，該方法將相