检测方波和正弦波信号之间的相位

我有一个具有数字方波输入（由PLD生成，1.8Vp）和正弦波输出（0.5-3.5 Vp）的电路。两个信号的频率均为100kHz，但是相位不同。

检测这两个信号之间的相位差的好方法是什么？到目前为止，我所看到的鉴相器是用于所有数字信号还是用于所有模拟信号？是否有一个像我一样的混合信号电路？

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知道1度的相位差足以满足我的应用需求。频率始终彼此相对锁定，并且永不改变。方波驱动模拟电子设备，模拟产生正弦波，其中包含AM调制信号。但是，信号的幅度与载波的幅度相比非常低。由于生产的可变性，模拟物（包括一些手动绕组的电感器）具有很高的相位到单位的可变性，因此我正在尝试为处理输出正弦波的DSP提出一种自动调谐方法。

digital-logic analog

— 乌杜舒
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您需要多精确地知道相位差？您是否需要做为一次性实验或作为电路正在进行的功能的一部分？这两个部分实际上是频率锁定在一起的（或者是从一个共同的参考频率中得出的）还是只是名义上都是100 kHz？

— Photon

Answers:

相位检测最容易用于数字信号；它基本上是XOR门。我将正弦转换为方波。向比较器输入一个正弦波，另一个输入平均正弦波（LPF），以便比较器给出占空比为50％的方波。然后使用数字相位检测器。

— 史蒂文夫
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我已经考虑过使用比较器从方波中产生正弦波，但问题是正弦波的幅度可能会在0.5至3.5 V范围内变化。这是生产的可变性，对此我无能为力。不过，在这种情况下，过零检测可能是一种解决方案……可能值得考虑。

— udushu 2012年

@udushu-平均LPF解决了这个问题。它将注意变化的幅度和直流偏移。

— stevenvh 2012年

@stevenvh，我认为LPF不足以保证输入信号幅度不会影响相位测量。比较器具有一种称为色散的特性，这意味着传播延迟会随着输入幅度的变化而变化。看起来可以满足OP的相位误差需求（约40 ns）而无需进一步补偿的比较器也应具有足够低的色散。但是在选择用于此用途的比较器时进行检查非常重要。

— Photon

@ThePhoton-您有一个要点，但是当我回答时，OP尚未提及他的1度精度。OTOH的比较器的色散远小于100 ps，比1°好几个数量级。

— stevenvh 2012年

@ThePhoton-似乎过零比较器是一个解决方案。谢谢大家的讨论。

— udushu 2012年

因为您说过您有一个处理正弦波的DSP，所以可以使用复杂的傅立叶变换来测量相位（您只需评估已知频率下的DFT）即可。

实际上，这与Curd提出的关于混音的建议密切相关-单点DFT 是混频器的一种，其后是积分器或低通滤波器。区别在于，通过在复数域中执行此操作（或在模拟域中使用IQ混合器），可以确定复数输出的角度。仅使用实际元件或仅使用一个混频器，您就无法分辨出滞后导致的领先，并且振幅灵敏度将更具挑战性。

— 克里斯·斯特拉顿
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希望我能。那将解决我目前遇到的许多问题。不幸的是，我必须使用的DSP远远没有达到对100kHz信号进行实时DFT所需的功率。

— udushu 2012年

您只需要计算一个频点，而无需计算与傅立叶变换相关的普通＃bins =＃samples。另外，您必须多久测量一次相位？如果不经常出现，真正的问题是您的系统是否可以这种速率进行采样和存储，而不是是否可以以此速率进行处理。

— 克里斯·斯特拉顿

DSP当前配置为以20kHz采样，并且仅对解调信号进行采样，而不是100kHz载波。我认为我使用的不起眼的dsPIC33根本无法采样100kHz信号。

— udushu 2012年

@udushu的快速搜索表明dsPIC可能每秒可以完成大约一兆采样。但是，如果模拟带宽足够并且您知道频率，则也可以有意地对采样进行欠采样并利用混叠。

— 克里斯·斯特拉顿

假设两个输入信号的幅度都是恒定的（如果不能通过AGC电路使它们恒定），则可以使用混频器（乘法器）作为鉴相器：

如果信号同相，则输出将为正。
如果信号异相180°，则输出为负。
对于其他相位差，输出将在这些值之间的某个位置。

例如，在数据手册中提到了相位检测，作为模拟多相IC AD633的应用之一。

— 凝乳
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