[实用新型]一种基于数字信号处理器平台的微分测频系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理与硬件编程领域，特别涉及一种对信号微分测频的算法在数字信号处理器平台上的实现。

背景技术

随着我国生产和科学技术事业的发展，许多电参量的测量方案、测量结果都与频率有着非常密切的关系，因此频率的测量也尤为重要。近年来，以频率作为输出信号的MEMS谐振式惯性器件的精度都在不断提高，因此相匹配的高精度低噪声的频率测量技术也成为了各国专家研究对象。

目前国内外主要的频率测量电路的基本原理有三种：(1)通过对被测信号进行傅里叶变换测量周期信号的频率，这种方法具有良好的抗噪性，但在傅里叶变换过程中要进行时域的截断，这会造成频谱的泄露，导致测量结果的失真，精准度较差。(2)在标准的闸门时间内对被测频率信号的周期个数进行计数而得出被测频率值，这种方法测量方便、读数直接，但是计数所导致的量化误差，限制测频精度的提高；尽管有改进的多周期同步法和延迟链法对量化误差进行限制，但是多周期同步法是以牺牲系统带宽为代价，而延迟链法对延迟单元的精度要求极高，实现难度较大，而且存在延迟链长度分布不均以及延迟抖动等问题，使其实际精度远低于理论值。(3)基于锁相环的测频电路，利用压控振荡器(VCO)控制信号与频率成正比的特性实现频率识别；锁相环测频法优点在于灵敏度与精度高，但是锁相环是一个闭环系统，如果频率信号变化过大过快，会出现失锁现象，锁相环测频不具有良好的稳定性。2013年，南京理工大学的夏国明提出了一种sigma-delta PLL频率测量电路及方法(夏国明，裘安萍，施芹，石然，苏岩，丁衡高。sigma-delta PLL频率测量电路及方法。公开号:CN103487648A)，该方法分辨率高、易于实现，在数字部分抗干扰性好，但是，模拟部分信号会受到外界的干扰，降低精度，且sigma-delta不具有较高的稳定性。

综上所述，目前普遍使用的频率测量方法无法满足精度与稳定性的双方面要求，且无法消除信号中包含的倍频项，难以适应新MEMS谐振式惯性器件的高精度频率读取的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种稳定性好、抗噪能力强、精度高、灵敏度高、易于实现的一种基于数字信号处理器平台利用微分算法的可消除倍频项影响的高精度MEMS谐振式惯性器件频率测量方法及系统。

一种基于数字信号处理器平台的微分测频系统，包括带通滤波器、裂相器、第一低通滤波器、希尔伯特变换器、第一微分器模块、第二微分器模块、第一延迟模块、第二延迟模块、第三延迟模块、第四延迟模块、交叉相乘法或绝对值法推导频率算法模块、第二低通滤波器；所述带通滤波器以反馈回来的输出信号为控制量，选择不同的参数，调节带通滤波器的带宽，滤除输入信号中的高倍频项；裂相器包括第一低通滤波器和希尔伯特变换器，带通滤波器输出的信号分成两路信号分别给第一低通滤波器和希尔伯特变换器进行低通滤波和希尔伯特变换，输出两路正交的正弦信号；第一微分器模块与第二微分器模块将低通滤波器、希尔伯特变换输出的两路信号分别进行一次微分和二次微分；第一延迟模块、第二延迟模块、第三延迟模块、第四延迟模块将低通滤波后的信号、希尔伯特变换后的信号、两个正交的正弦信号、两路一次微分后信号延迟，消除两个正交的正弦信号、两路一次微分后信号和两路二次微分后信号之间的延迟和超前的时序关系；交叉相乘法或绝对值法推导频率算法模块，将消除延迟和超前的时序关系后的信号通过平方或绝对值推导算法，计算得出频率的平方后输出；第二低通滤波器，对交叉相乘法或绝对值法推导频率算法模块输出的信号进行低通滤波后输出和反馈给带通滤波器。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)系统为开环，因此稳定性很好；(2)全系统都在数字信号处理器内实现，没有模拟电路，不易受干扰，抗噪能力强；(3)设置了可调参数的带通滤波器，带宽能随着测量频率的变化而变化，解决了输入信号包含高倍频项使频率测量精度降低的问题，同时也降低到了噪声干扰，提高了测频的精度以及灵敏度；(4)系统协调应用了裂相器，微分器以及交叉相乘法或绝对法值推导频率算法，消除由于希尔伯特变换器与低通滤波器造成的信号随频率变化而产的生幅值波动，同时也避免了极小数除极小数造成的大误差。在很大程度上提高了系统的精度与灵敏度。(5)系统结构简单易于实现。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3是本发明的交叉相乘法或绝对值法推导频率算法模块的交叉相乘法结构示意图；