鉴相电路

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3.2.2相位／脉宽鉴相器
• 相位／脉宽鉴相器是利用数字部件构成的 鉴相电路，这种电路既简单又方便，它可 把输入端信号间的相位差转换成脉冲宽度。 • 该脉宽既可利用低通滤波器将其变成模拟 输出电压，构成模拟鉴相电路，也可直接 通过数字电路将其变成数字量，组成相位 ／数字鉴相电路。
3.2 鉴相电路
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3.2.1 概述
• 鉴相电路又称相位解调电路;
• 鉴相电路的作用：将输入端的两个信号之间的 相位差转换成某种输入信号，实现调相波的解 调。
• 鉴相电路输入端的两个信号，一个为输入信号， 另一个为参考相位信号。
• 输出信号可以是模拟电压，也可以是数字量。 前者称为模拟鉴相电路，后者称为数字鉴相电 路。
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3.2.2相位／脉宽鉴相器
• 相位／脉宽鉴相器要求输入信号和参考信 号必须都是方波序列脉冲信号，若不是方 波信号，则应首先采用过零检测电路或放 大整形电路将它们变成方波信号。 • 电路根据输入和参考信号过零点的时间来 工作，其输出亦为脉冲信号，脉冲宽度与 两个输入波形之间的过零时间差（相位差） 成比例，而与波形的其它部分无关。 • 相位／脉宽鉴相电路通常用门电路和触发 器组成。

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2．R－S触发器鉴相器
R 0 1 0 S 1 0 0 Qn+1 0 1
不允许
SR1 n1 n Q S RQ
1
1
Qn
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2．R－S触发器鉴相器
VCC
&
&
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2．R－S触发器鉴相器
Vi VR
V
e 0
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占空比δ=50％
V 0
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2．R－S触发器鉴相器
Vi VR
V
e 0
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占空比δ <50％
V Vm e
1

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2．R－S触发器鉴相器
Vi VR
V
e 0
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占空比δ >50％
V Vm e
1

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2．R－S触发器鉴相器
V
Vm
-2π -π 0 π 2π
• 当 ＜0时，V 为1的持续时间t1小于为0的持续 e V 时间t2，可逆计数器的计数值 N1＜N2，输出数字量D 必为负。
• 同理，当 e ＞0时，输出数字量D为正。由输出数 字量的正、负可判断输入信号与参考信号相位间的 超前、滞后关系，而输出数字量的大小与两信号间 33 2019年3月4日 的相位差成比例。
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小结
• 鉴相电路： 几种鉴相电路，各自的特点，测 量范围。
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1 0 Qn
22
Q
n 1
KQ JQ
n
n
&
当Vi下跳时：
Q
n1 2
K 2 Q J 2 Q Q1 Q 2 Q1 Q 2 Q1
n 2 n 2 n n n n
n
当VR下跳时：
Q
n1 1
K 1 Q J1 Q Q 2 Q1 Q 2 Q Q 2
n 1 n 1 n n n n 1
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n
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3. J－K触发器鉴相器
VR Vi Q1 Q2
Q2
= Q1
V
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3. J－K触发器鉴相器
e (0~π)
VR Vi Q1 Q2
注意
Vm
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Q2
= Q1
V
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3. J－K触发器鉴相器
e (π ~2π)
VR
Vi Q1
Q2
Q2
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3.2.3 相位／数字转换器
• 相位／数字转换器用以将输入信号与 参考信号间的相位差转换为数字量输 出。它可由模拟鉴相器和 A/D转换器 构成，但最简便的方法是利用基本数 字电路将相位／脉宽鉴相器的输出脉 冲宽度直接转换成数字量。采用R－S 触发器鉴相器组成的相位／数字转换 器电路如下图所示。
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3. J－K触发器鉴相器
注意
注意
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3. J－K触发器鉴相器
• J－K触发器的逻辑关系：
Q
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n 1
KQ JQ
n
n
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3. J－K触发器鉴相器
Q
n 1
J
0
KQ JQ
n
K
0
n
Qn+1
Qn
1 0 1
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0 1 1
3.2.3 相位／数字转换器
• 即
D n N1 N 2 t1 t2 f cp kT f cp k
f cp

e
式中，fcp为时标脉冲频率；ω为输入信号的角 频率，k为常数。
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3.2.3 相位／数字转换器
• 检测相位的精度取决于时标脉冲频率fcp、 输入频率、参考信号频率f的精度和稳定 性。由于时钟频率一般都采用石英晶体振 荡器产生，具有十分良好的稳定性，所以 要实现高精度的测量，必须使输入和参考 信号的频率保持稳定。另外，在数字测量 中还存在±1LSB的量化误差，为提高相位 测量的分辨率，应适当提高时标频率和降 低输入信号频率。 • 目视仪表系统中，若要求显示十进制数时， 应采用二一十进制的可逆计数器。
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3.2.3 相位／数字转换器
加计数
& &
减计数
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3.2.3 相位／数字转换器
• 当 e =0时，鉴相器的输出脉冲 V为对称方波，即 为1的持续时间t1与为0的持续时间t2相等，可逆计数 器的加计数值N1与减计数值N2相等，因而电路的输出 数字量D=0。
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e 0 ~

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l．异或门鉴相器
V
Vm
-π/2 0 π/2
e
V
2Vm

e
-Vm
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l．异或门鉴相器
• 异或门鉴相器的测量范围为:

ห้องสมุดไป่ตู้
• 异或门鉴相器的线性范围较小； • 要求两个输入信号的占空比δ必须为50％， 即它们是等宽方波。
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e
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l．异或门鉴相器
&
&
由4个与非 门构成的 异或门
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&
&
异或门
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l．异或门鉴相器
Vi VR
Vm
V
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-Vm
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l．异或门鉴相器
Vi VR
V
占空比δ=50％～0
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e 0 ~ 2
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l．异或门鉴相器
Vi VR
V
占空比δ=50％～100％
e
Vm
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2．R－S触发器鉴相器
• R－S触发器的鉴相特性为锯齿特性。 • 输出电压的平均值及线性范围分别为
V
Vm
V

e
Vm
-2π -π 0 π 2π
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e
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e
Vm
2．R－S触发器鉴相器
• R－S触发器鉴相器的线性范围比异或门鉴 相器扩大了1倍，而且由于采用输入和参考 信号的下降沿触发电路，故对输入和参考 信号波形的占空比无特殊要求。但是在这 种方案中利用RC微分网络提取跳变触发信 号，虽然简单，却易受干扰而产生误触发。
Vm V e 4
0 e 2
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3. J－K触发器鉴相器
e =0，2π，4π，…点是奇异点， V • 注意： 值不确定。所以J－K触发器鉴相器的有效 鉴相范围为2π。 • J－K触发器鉴相器在整个相位差范围内都 是线性的。由于革除了R－S触发器中的RC 微分网络，提高了抗干扰能力。
注意
Vm
= Q1
V
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3. J－K触发器鉴相器
V
Vm / 2
0
2π
4π
e
特性曲线
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3. J－K触发器鉴相器
VR
0
Q2
= Q1
Vi
Q1 Q2
V
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3. J－K触发器鉴相器
• 由图可见，J－K触发器鉴相器的鉴相特性 亦为锯齿特性（ R－S触发器鉴相器亦同）， 输出电压平均值及鉴相线性范围分别为 ：
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l．异或门鉴相器
• 异或门电路是指：当有两个输入信号时， 在一个为“1”，一个为“0”的情况下， 输出为“1”，否则输出为“0”的电路， 或者说，“异”者为“1”，“同”者为 “0”。 • 能完成这种功能的异或门集成电路有 74LS86和CD4070B等，也可由四个与非 门电路组成。