[发明专利]用于精确相移测量的系统和方法

权利要求书

1.一种用于测量由激励信号激励的物理系统中的相移的设备，包括：

频率发生器，其被配置成产生激励信号、本地振荡器信号以及参考信号，其中参考信号处于激励信号和本地振荡器信号的差频；

混合器，其被配置成响应于激励信号而检测物理系统的输出并且将所述输出与本地振荡器信号混合；

滤波器，其被配置成选择混合器的差频输出；以及

计算元件，其被配置成：

     使激励信号或本地振荡器信号或二者的频率改变以使得差频的幅度是恒定的，但是差频的符号从正变成负，

     在该差频的两个符号中的每一个处测量差频输出相对于参考信号的相移，以及

     从在正的符号处测量的相移减去在负的符号处测量的相移，并且然后将差分成两半以产生相移结果。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述频率发生器被配置成产生与激励信号相干的本地振荡器信号，并且参考信号与激励信号和本地振荡器信号相干。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述频率发生器包括主时钟，根据所述主时钟，通过分频来生成激励信号、本地振荡器信号以及参考信号。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述频率发生器包括线性调频转发器差频发生器，其被配置成生成激励信号、本地振荡器信号以及参考信号中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述频率发生器包括锁相回路，其被配置成生成激励信号、本地振荡器信号以及参考信号中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的设备，还包括：

至少一个解调器元件，其被配置成接收差频输出和参考信号并且结合计算元件来操作以产生相移结果。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个解调器元件包括耦合到解复用器的数字计数器，所述解复用器又耦合到计数器阵列。

8.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个解调器元件包括分别耦合到第一和第二计数器的第一和第二数字计时器。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述滤波器是由放大器实施的低通滤波器。

10.一种用于测量由激励信号激励的物理系统中的相移的方法，包括：

生成激励信号、本地振荡器信号以及激励信号和本地振荡器信号的差频；

将激励信号施加于物理系统以产生响应信号；

在混合器处将响应信号与本地振荡器信号混合以产生输出信号；

选择输出信号的差频分量；

改变激励信号或本地振荡器信号或二者的频率，以使得差频的幅度是恒定的，但是差频的符号从正变成负；

在该差频的两个符号中的每一个处测量差频分量相对于参考信号的相移；以及

使用在负的符号处测量的相移和在正的符号处测量的相移的差的一半作为相移结果。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述生成产生与激励信号相干的本地振荡器信号，以及与激励信号和本地振荡器信号相干的参考信号。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述生成通过分频来生成激励信号、本地振荡器信号以及参考信号。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述生成通过线性调频转发器差频发生来生成激励信号、本地振荡器信号以及参考信号中的至少一个。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述生成通过使用锁相回路来生成激励信号、本地振荡器信号以及参考信号中的至少一个。

15.一种用于测量由激励信号激励的物理系统中的相移的方法，包括：

通过计算元件来引起激励信号或本地振荡器信号或二者的频率变化，以使得激励信号和本地振荡器信号的差频的幅度是恒定的，但是差频的符号从正变成负；

在该差频的两个符号中的每一个处测量从将激励信号施加于物理系统获得的差频分量相对于参考信号的相移；以及

在确定相移结果中使用在负的符号处测量的相移和在正的符号处测量的相移的差。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

生成激励信号；

生成与激励信号相干的本地振荡器信号；以及

生成与激励信号和本地振荡器信号相干的差频。