Уважаемые спецы!
Есть задача мерять фазовый сдвиг синусоидального сигнала .
Частота 0-500кГц (лучше 1МГц).
Амплитуда 0-10В
Точность 0,01град. для начала, а лучше как-можно точнее , конкретно еще не определились (не пощитали).
С фазовыми сдвигами никогда не работал, поэтому буду благодарен за любую информацию для применения и размышления (методы, готовые решения (схемы), идеи).
Заранее благодарен.

Лучше всего начните с размышления о том, что именно Вы называете точностью. Абсолютную погрешность или все-таки дискрет? Потому что если Вы хотите измерить с абсолютной погрешностью не более 0.01 градуса - я скажу что не поверю, чо Вы эо сделаете. Потому что 0.01 градус для мегагерца - это 27 пикосекунд.

Интересует абсолютная погрешность! Но если это трудно достигнуть на 1МГц , но все-же можно достигнуть на меньшей частоте.
Подскажите, пожалуйста, какой метод лучше применить для даной задачи чтоб получить максимально возможную точность и какую реально можно получить точность (для определенной элементной базы).
Простите, но я в этом вопросе не очень компетентен .

Сдвиг сигнала относительно чего?
В качестве источника сигнала и эталона что будем использовать? Какое время измерения допустимо?
Простите, но без ответа на эти вопросы обсуждение лишено смысла.

Сдвиг между входным и выходным сигналом устройства согласования, тоесть есть генератор - далее согласующее звено - далее нагрузка (иследуемый обект) со своим импедонсом. Измеряется фазовый сдвиг между входом и виходом согласующего звена который возникает из-за реактивной составляющей нагрузки.
Для ганерации тэстовых сигналов различных частот планируется использовать DDS
На даный момент время не лимитировано.
Спасибо за наводящие вопросы !!!
Тут возникла мысль: что на точность будет влиять джиттер, Надо бы подумать об этом.
Спасибо.

1

1 вас мегагерц. Нужна точность 0.01 То есть вам нужна 1м * 360 / 0.01 = 36 гигагерц. На такой частоте длинна волны 8миллиметров. То есть провод длиннее на 8 милиметров у вас уже однозначно вызывает не допустимый выход за пределы точности. Это не в даваясь в то, как вы с такой точностью будете квантование выдерживать.

Извините ! Поспешил с требованиями . Тогда поставлю вопрос другим образом:
Как лучше подойти к решению доной задачи чтоб получить, по возможности максимольно возможную точность?
Каких подводных камней следует избегать?
Как подойти к выбору аналоговой и цыфровой части?
Спасибо!
ЗЫ даже формулы со школы не свегда помнишь.

По максимальной скорости существующих АЦП. Это раз. По скорости доступных ПЛИСин это два. Мне кажется что наиболее логично будет в 1 градус. Это 360 мегагерц, и современные "взрослые" плисины вполне могут тут работать. Причем даже без "стробоскопирования".

А сколько процентов гармоник у вас с сигнале?

ПЛИС скорее всего + ЦАП на 100мегасемплов. Дальше уже просто.

Путь один. Аналоговые цепи - аналоговые части ЦАП и АЦП, усилители, фильтры - вносят задержку. Эта задержка зависит от многих параметров, например, от температуры. Её нужно учитывать. Точность измерения фазы упирается в стабильность этой задержки. Если задержка стабильная - её можно учесть при калибровке установки. Все эти цепи являются НЧ фильтрами как правило первого порядка. Следовательно, нужно делать полосу пропускания этик аналоговых фильтов как можно больше, и применять стабильные компоненты. По возможности переводя обработку в цифру. Ну а дальше достигаемая точность будет обратно пропорциональна частоте. Конечно, до тех пор, пока линейная модель сдвига фазы остается верной.

Тут я уже не понимаю, но оно от температуры так сильно будет зависеть на пикосекундах. ИМХО. Или я вас не понял.

Теперь более понятно.
Из того, что время не лимитировано, можно заключить, что система стационарна (её параметры не меняются во времени).
Как уже сказано, померить абсолютную величину фазового сдвига с точностью до 0,01гр по ряду причин практически трудно. Можно, конечно, попытаться откалибровать измеритель на эталонных нагрузках, для которых сдвиг фаз известен, но всё же 0,01гр. вряд ли получится. Разрешение же в такую величину сделать вполне реально.
Для измерения сдвига фазы можно использовать 2 метода: аналоговый и цифровой (или их комбинацию). Первый состоит в измерении среднего значения произведения двух синусоид с последующей нормировкой этого значения по их амплитудам и вычислении арккосинуса от этой величины, с использованием аналоговых умножителей, фильтров и функциональных преобразователей. По нынешним временам, довольно сложен и неудобен.
Второй способ по сути представляет собой то же преобразование, только выполненное в цифре. Для этого нужен АЦП, лучше двухканальный, с возможно меньшей апертурной задержкой и джиттером, и вычислитель. В части АЦП рекомендую обратить внимание на продукцию LT: у них не так давно вышла отличная серия flash ADC. Разрядность в 10-12 бит вполне достаточна. Частоту оцифровки лучше выбрать больше мегагерца (идеально - мег 10) - меньше времени уйдёт на измерение. Но можно использовать и меньшую частоту. Тактировать АЦП также нужно источником с малым джиттером. Сам по себе джиттер не очень страшен, но от него зависит необходимое время измерения для достижения заданной точности.
Сигнал с DDS нужно "подчищать" аналоговым ФНЧ или ПФ с хорошими крутизной спада и подавлением в полосе заграждения: побочные продукты выхода синтезатора могут внести смещение в оценку разности фаз. Джиттер фазы самогО DDS в предложенном методе не будет играть существенной роли.
Для улучшения разрешающей способности при малых углах в обоих методах желательно до перемножения один из сигналов "развернуть" на 90гр, с последующим вычислением арксинуса усреднённого и нормированного произведения. В цифрЕ с этим гимору также меньше.
Какой использовать вычислитель - дело вкуса. Он только должен уметь всасывать данные с нужной скоростью, и размещать их в ОЗУ. Я бы использовал какой-нить DSP.
Алгоритм работы устойства лучше сначала обкатать, например, в Матлабе. Это добавит понимания проблеммы.

А мож лучше вместо ПЛИС использовать DSP, они то есть очень быстрые, числогрызы ?

Я так понимаю на это тоже нужно обратить внимание.

Это для генератора сигнала? А DDS не покатит, например AD9952 (400МГц, 14bit)?

Гемора то сколько Есть над чем подумать. Думаю если и температурный дрейф будет, то нужно старатся чтобы компоненты влияющие на фазу находились в как можно близко йтемпературе.

Вобщето система должна быть мобильной (промышленый образец). Я имел ввиду что врямя измерения неограничено, в разумных пределах, тоесть можно и несколько минут стоять с прибором и измерять лишь бы поточнее.

Когда я описивал точность, я опирался на документ (пристегнут). Там, например, методом Zero-Crossing Methods (привожу в оригинале) можно добится точности 0,02гр, понимаю что это не на ВЧ но все-же возможно. Метод: The Fast Fourier Transform Method пишут при качестном АЦП можно достич и 0,001гр. есть надежда .

Хоть я в основном работаю больше с аналогом, но этом случае склоняюсь к цыфровому (повторяемость больше).

А что с даными делать?

Со смещением можно поборотся калибровкой.

Это если делать измерения на одном периоде, правельно?

А што это можно сделать в аналоге?

Также склоняюсь к DSP, конкретней пообщаюсь с програмистом.

К сожелению, неимею опыта работы в матлабе , понемногу учусь. А может для этого лучше Labview использовать?
 Phase_Measurement.PDF ( 261.89 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1619

Вам виднее.

Сори, АЦП. Перевести в цифру и дальше уже все в цифре.

Умножить на синус, умножить на косинус опорной фазы, проинтегрировать. Получится фаза в комплексной форме.

В матлабе промоделируйте.

В том файле что вы привели это 41.15
Комплексное число Реальное получать умножив входной сигнал на cos опорной фазы и мнимое число получать умножив входной сигнал на синус опорной фазы. И то и другое интегрировать, делить, и сделать ему арктангенс из формулы 41.15. Потом еще знак восстановить и все в общем.

Рекомендую AD8302. Думаю точность 1 градус вполне реально. У этой микросхемы диапазон от 0 до 180 градусов, дальше повторяется. Чтобы отличить угол от угол+180 надо измерять не на одной частоте. ФЧХ исходя из принципа причинности должна ползти вниз в зависимости от частоты. И фаза фсегда измеряется между двумя гармоническими сигналами(синусами). Другой вариант - измеритель полных комплексных коэффициентов, типа Network Analyzer. Приборы такие достаточно дорогие, сам не работал, но представляю, что он дожен мерять кроме всего прочего фазу АЧХ, а это то, что вам нужно.

Ну, я под "неограниченным" и вовсе подразумевал время порядка нескольких секунд (дольше мерять нет особого смысла).
Заклинания всё это. Лажу гонят, не верьте. Теоретически оба этих метода дают бесконечную точность (кстати, Фурье здесь - как собаке пятая нога). Мы же говорим о вещах практических.


Аналог точнее принципиально, цифирь для недорогих устройств - практически.


Сначала запомнить последовательность отсчётов в буфере. Потом обработать и получить результат. Есть, правда, методы, позволяющие экономить память, и работать в реал-тайме, но для начала лучше так не делать, благо память сейчас дешёвая.
Нет, это не "то" смещение. Имеется в виду смещение оценки фазы вследствие интерференции продуктов преобразования DDS в перемножителе. Оно будет зависеть от вида нагрузки, а откалибровать систему для его устранения не получится.
Нет, неправильно. Дело в том, что джиттер будет как в опорном сигнале, так и в измеряемом, и он будет синхронным, т.е, теоретически не влияющим на точность измерения.
С джиттером АЦП, и с другими шумами нужно бороться, усредняя результат по достаточно продолжительному участку сигнала, содержащего большое число периодов.На самом деле, число периодов играет меньшую роль, чем число сэмплов АЦП. Усреднив оценку фазового сдвига, избавимся от джиттера.
Запросто. Фазовращателем - перемножителем - фильтром - функциональным преобразователем. Но гимору будет значительно больше, чем написать довольно простую проггу.

Кстати, предлагаю Вашему вниманию вот такой метод (вчера только придумал). Берём измеряемое и опорное колебания, и, с помощью цифрового фазовращателя, приводим их фазы к 90-градусному отличию (нулю на выходе перемножителя-фильтра, или ФД). Можно сделать это итерациями. Зная величину поворота фазы, легко вычислим фазовый сдвиг.
Такую штуку можно сделать и в аналоге, но это опять сложнее.
Достоинства: не требуется нормировка по амплитуде, не требуется вычисление обратных тригонометрических функций.
Недостатки: попробуйте найти их сами. Мне пока что не удалось.