[发明专利]一种发射极耦合正弦积分鉴相器及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于模拟电路技术领域，特别涉及一种发射极耦合正弦积分鉴相器及检测方法。

背景技术

相位信息是正弦信号的重要参数之一，在一些测量技术中常涉及到微弱信号的采集，实际的传感器或者仪器在采集过程中，自身的固有正弦震荡信号非常容易淹没在噪声中。如何提取有用正弦信号的相位是重要的技术难题，鉴相器即为解决此问题的关键。同时鉴相器被广泛的应用于稳定频率发生系统中，例如锁相环。锁相环由三大部分组成：鉴相器，低通滤波器，压控振荡器。鉴相器在其中起到保证锁相环稳定工作的作用。因此鉴相器的精确与否直接影响到锁相环的工作状态。

现阶段鉴相器技术主要有相位转换时间鉴相法、数值取样鉴相法、数值相关鉴相法过零时间差检测鉴相法等。目前鉴相技术主要存在的问题是误差较大且电路复杂。

相位转换时间鉴相法原理是先将被鉴相信号和经过移相网络后的信号进行过零比较，通过整形电路转变成TTL电平的方波，然后通过单片机对时间间隔的计数测量，得到相位信息，此方法的主要缺点是在波形变换过程难免对原有信号的相位信息有失真。其次当被鉴相信号频率较高是，测得相位误差比较大。

数值取样鉴相法的原理是采取同步采样两路输入信号的取样值，经过对瞬态幅值的比较处理的到相位信息。此种鉴相方法会随着采样点的增加，对频率比较低的信号有较高的准确度。但是当信号频率较高是，A/D采样速度是制约此方法的主要问题，而且要求两路信号要求严格同步，所以大大地增加了误差和错误率。

数值相关鉴相法有两路信号，一路信号的初相位为零，此信号通过过零比较器，输出控制A/D的启动，微控制器MCU通过相关控制电路对A/D变换器控制采样被测信号相关信息。此方法缺点是必须已知被测信号的频率，从而发生同频率的正弦信号。两信号的误差直接影响测量的相位误差。

过零时间差检测鉴相法根据检测两个信号的过零时间不同，确定过零时间之间的差，同时与信号周期进行比较，从而获得相位信息。该方法简洁、原理简单，但是测量过程受很多因素影响，例如噪声干扰，信号的耦合，时钟分辨率，比较器的性能等等。从而测量结果有很大的不确定性，测量精度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有鉴相器抗干扰能力差、精度低等不足，本发明提供了一种基于发射极耦合正弦积分鉴相器及检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发射极耦合正弦积分鉴相器，包括发射极耦合电平控制电路、互锁开关控制电路、积分电路、积分时间控制信号源和线圈耦合电路；所述的发射极耦合电平控制电路的信号输入端与积分时间控制源的信号输出端相连，信号输出端与互锁开关控制电路的控制输入端相连；互锁开关控制电路的信号输入端接线圈耦合电路的输出端，互锁开关控制电路的信号输出端通过第一开关与积分电路的信号输入端连接；所述的积分电路的信号输出端为鉴相结果输出端；所述的线圈耦合电路中包括耦合变压器，耦合变压器的初级接被检测信号。

所述的耦合变压器的初级与次级耦合线圈匝比为1:2，次级的中心抽头接0V；所述的互锁开关控制电路具有两个控制输入端、两个信号输入端和一个信号输出端，所述的两个信号输入端分别与耦合变压器的次级线圈的两个信号输出端连接；所述的发射极耦合电平控制电路具有一个信号输入端和两个信号输出端，所述的两个信号输出端分别连接互锁开关控制电路的两个控制输入端。

所述的发射极耦合电平控制电路由一个单端输入双端输出的第一差分放大电路和一个双端输入双端输出的第二差分放大电路组成，所述的第一差分放大电路的信号输入端与积分时间控制信号源的信号输出端连接，两个信号输出端分别与所述的第二差分放大电路的两个信号输入端连接，所述的第二差分放大电路的两个信号输出端为发射极耦合电平控制电路的信号输出端。

所述的积分时间控制信号源由D触发器、积分时间控制信号源、数字时钟电路、第一限流电阻R1组成，所述的D触发器的时钟端连接数字时钟电路，数据端连接积分时间控制信号源，D触发器的同相输出端与第二限流电阻R1连接，第二限流电阻R1的另一端连接发射极耦合电平控制电路的输入端；所述的积分时间控制信号源的输出信号为方波，方波的占空比为50%。

所述的积分电路由积分电容、并联在积分电容两端的第二开关、积分运算放大器和电压跟随器组成，积分电容一端与积分运算放大器的反向端连接，另一端与电压跟随器的输出连接；积分运算放大器的反相端与第一开关连接，同相端接地，输出端通过第二限流电阻与电压跟随器的同相端相连，电压跟随器的反向端与输出端相连；电压跟随器的输出端为鉴相结果输出端。