Измерение фазового сдвига Sin, точность лучше 0,01градуса. Опции

[sera_os]

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.

[Oldring]

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.

[sera_os]

Лучше всего начните с размышления о том, что именно Вы называете точностью. Абсолютную погрешность или все-таки дискрет?

Интересует абсолютная погрешность! Но если это трудно достигнуть на 1МГц

27 пикосекунд.

, 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 .

[Stanislav]

...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...

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.

[sera_os]

Сдвиг сигнала относительно чего?

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.

В качестве источника сигнала и эталона что будем использовать?

Для ганерации тэстовых сигналов различных частот планируется использовать DDS

Какое время измерения допустимо?

На даный момент время не лимитировано.

Простите, но без ответа на эти вопросы обсуждение лишено смысла.

Спасибо за наводящие вопросы !!!
Тут возникла мысль: что на точность будет влиять джиттер, Надо бы подумать об этом.
Спасибо.

[Artem-1.6E-19]

Какое время измерения допустимо?

На даный момент время не лимитировано.

1

Простите, но без ответа на эти вопросы обсуждение лишено смысла.

Спасибо за наводящие вопросы !!!
Тут возникла мысль: что на точность будет влиять джиттер, Надо бы подумать об этом.
Спасибо.

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.

[sera_os]

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.

[Artem-1.6E-19]

Извините ! Поспешил с требованиями . Тогда поставлю вопрос другим образом:
Как лучше подойти к решению доной задачи чтоб получить, по возможности максимольно возможную точность?

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".

Каких подводных камней следует избегать?

А сколько процентов гармоник у вас с сигнале?

Как подойти к выбору аналоговой и цыфровой части?
Спасибо!
ЗЫ даже формулы со школы не свегда помнишь.

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

[Oldring]

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.

[Artem-1.6E-19]

Путь один. Аналоговые цепи - аналоговые части ЦАП и АЦП, усилители, фильтры - вносят задержку. Эта задержка зависит от многих параметров, например, от температуры.

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

[Stanislav]

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.
............................................
Тут возникла мысль: что на точность будет влиять джиттер, Надо бы подумать об этом.

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.

[sera_os]

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

А сколько процентов гармоник у вас с сигнале?

Я так понимаю на это тоже нужно обратить внимание.

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

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

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.

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.

Теперь более понятно.
Из того, что время не лимитировано, можно заключить, что система стационарна (её параметры не меняются во времени).

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.

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.

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 .

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.

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

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.

А что с даными делать?

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.

Со смещением можно поборотся калибровкой.

Джиттер фазы самогО DDS в предложенном методе не будет играть существенной роли.

Это если делать измерения на одном периоде, правельно?

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.

А што это можно сделать в аналоге?

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.

Также склоняюсь к DSP, конкретней пообщаюсь с програмистом.

Алгоритм работы устойства лучше сначала обкатать, например, в Матлабе. Это добавит понимания проблеммы.

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

[Artem-1.6E-19]

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

Вам виднее.

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

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

А что с даными делать?

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.

[eugene1]

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.

[Stanislav]

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.

Ну, я под "неограниченным" и вовсе подразумевал время порядка нескольких секунд (дольше мерять нет особого смысла).

...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.

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.

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

Аналог точнее принципиально, цифирь для недорогих устройств - практически.

А что с даными делать?

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.

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.

Со смещением можно поборотся калибровкой.

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.

Джиттер фазы самогО DDS в предложенном методе не будет играть существенной роли.

Это если делать измерения на одном периоде, правельно?

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.

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.

А што это можно сделать в аналоге?

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.

[sera_os]

Рекомендую AD8302
Смотрел, мне СВЧ не нужно.

Думаю точность 1 градус вполне реально.

Маловато будет.

Приборы такие достаточно дорогие, сам не работал, но представляю, что он дожен мерять кроме всего прочего фазу АЧХ, а это то, что вам нужно.

Прибор нужно самому сделать, но посмотреть не помешало б чего буржуи достигли.

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.

, но красиво.

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.

Подумаю об этом
Я вот еще на какой метот смотрю: 2 кампаратора на входах, далее ПЛИСка, в окнах импульсов компараторов забиваются импульсы, которые потом подщитываются. Как вам такой подход? Возможно не самый быстрый но меньше "мозгов програмистов" для реализации нужно. Если метод не устроит прийдется розбиратся с ADC&DSP.
ЗЫ На даный момент финансируется проэкт за свои деньги, и нет возможности привлекать опытных програмистов.
бОльшое СПАСИБО вы во многом просветили

[Artem-1.6E-19]

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.

, но красиво.

За бесконечное время, любой метод даст бесконечно точный результат. (согласно некоторым теориям)

[Z0Rk]

Может быть для решения такой задачи возможно использование вот этого...
AD5933 или AD5934

Сам занимался и занимаюсь схожей задачкой но на частотах 3-30МГц. Слепил AD9288 + BF533 + Матлаб*.

[Stanislav]

Я вот еще на какой метот смотрю: 2 кампаратора на входах, далее ПЛИСка, в окнах импульсов компараторов забиваются импульсы, которые потом подщитываются. Как вам такой подход?..

Честно говоря, не очень...
Такой метод даст хорошую точность только теоретически.
Первая засада: какую частоту счёта (или "забивания") Вы собираетесь использовать? Черещщур большая, по-моему, требуется...
Вторая, принципиальная, засада состоит в том, что время переключения "кампараторов" будет сильно (и непредсказуемо!) зависить от амплитуды входных сигналов, точнее, от скорости изменения сигнала на их входах. Вам же нужна неопределённость порядка десятков пикосекунд на разных нагрузках и с разными уровнями сигнала, о чём в такой системе можно смело забыть.
Аналоговые перемножители (и многоразрядные АЦП, как их разновидность ), как ни странно, имеют гораздо меньшую неопределённость фиксации значений сигнала, поэтому, мне кажется, что их применение для решения задачи более предпочтительно.
Кстати, ADSP-BF5xx + SDRAM + 12-разрядный АЦП вряд ли будут дороже и сложнее, чем система на ПЛИС. Похоже, уважаемый ZORk пришёл к такому же выводу.

[Old Nick]

Совсем застращали человека. Все вполне реально, правда сделать непросто . Для начала можно вспомнить об обычных фазометрах. Если не изменяет склероз, ФК2-16 (или Ф2-16?) давал погрешность порядка 0.01 градуса на подобных частотах. Это 80-е годы. Надеюсь, что нынешние буржуйские не хуже :-). В целом, современнные методы должны бы достигнуть Е-12, по крайней мере в теплично-лабораторных условиях.

[Stanislav]

Совсем застращали человека. Все вполне реально, правда сделать непросто...

Я и не сомневаюсь, что сделать реально. Только эта задача чересчур сложна для одиночки, финансирующего проект за свой счёт.


2 sera_os
Добавлю, что апертурная неопределённость АЦП определяется не собственно им, а устройством выборки-хранения, содержащемся почти во всех современных приборах. Предварив компаратор таким устройством, можно также ожидать улучшения результатов. Только встречаться с дискретными УВХ с апертурной неопределённостью (джиттером) в десятки фемтосекунд (!!!) мне не приходилось, а вот в состав хороших (и не слишком дорогих) АЦП такие УВХ, представьте, входят.
Есть ещё одна засада: длительность переходов "1->0" и "0->1" у цифровой логики неодинакова, и плывёт с температурой.
Поэтому, измерение фазы путём подсчёта интервалов времени всё-таки вряд ли даст хорошую точность.

[Artem-1.6E-19]

Совсем застращали человека. Все вполне реально, правда сделать непросто...

Я и не сомневаюсь, что сделать реально. Только эта задача - не для одиночки, финансирующего проект за свой счёт.

Все зависит от счета и в конечном счете от ожидаемых денег. Я лично, сделал бы.

[sera_os]

Первая засада: какую частоту счёта (или "забивания") Вы собираетесь использовать? Черещщур большая, по-моему, требуется...

СВЧ! шутка На несколько сотем мег. расчитывали.

Втор

ая, принципиальная, засада состоит в том, что время переключения "кампараторов" будет сильно (и непредсказуемо!) зависить от амплитуды входных сигналов, точнее, от скорости изменения сигнала на их входах. Вам же нужна неопределённость порядка десятков пикосекунд на разных нагрузках и с разными уровнями сигнала, о чём в такой системе можно смело забыть.

А это пытаюсь (с вашей помощю) расчитать здесь.

Аналоговые перемножители (и многоразрядные АЦП, как их разновидность ), как ни странно, имеют гораздо меньшую неопределённость фиксации значений сигнала, поэтому, мне кажется, что их применение для решения задачи более предпочтительно.
Кстати, ADSP-BF5xx + SDRAM + 12-разрядный АЦП вряд ли будут дороже и сложнее, чем система на ПЛИС. Похоже, уважаемый ZORk пришёл к такому же выводу.

Совсем застращали человека. Все вполне реально, правда сделать непросто .

Спасибо за поддержку. Что не просто понимал заранее, поэтому и здесь .

Для начала можно вспомнить об обычных фазометрах. Если не изменяет склероз, ФК2-16 (или Ф2-16?) давал погрешность порядка 0.01 градуса на подобных частотах.

вот бы еще схему посмотреть.

Только эта задача чересчур сложна для одиночки, финансирующего проект за свой счёт.

Вобщето не одиночка! В нашей команде есть програмисты, но у них нету опыта работы с DSP, и боюсь уйдет много времени на освоение (ИМХО) к тому же есть другие "оплоченые" заказы , опыт же работы с ПЛИС имеется.
По поводу финансирования, за на даный момент заказчики заинтересованы , но прибор нужно сделать для того чтоб отлаживать мат. модель, выделить 150-200$ (на железо) не составит проблем (надеюсь вложимся )

Предварив компаратор таким устройством, можно также ожидать улучшения результатов. Только встречаться с дискретными УВХ с апертурной неопределённостью (джиттером) в десятки фемтосекунд (!!!) мне не приходилось, а вот в состав хороших (и не слишком дорогих) АЦП такие УВХ, представьте, входят.

Кляті буржуї почему бы не сделать это в отдельном корпусе!

Есть ещё одна засада: длительность переходов "1->0" и "0->1" у цифровой логики неодинакова, и плывёт с температурой.

куда не глять везде неточности, дрейфы печально. Неидеальность - без нее не интаресно .

Поэтому, измерение фазы путём подсчёта интервалов времени всё-таки вряд ли даст хорошую точность.

.

Все зависит от счета и в конечном счете от ожидаемых денег. Я лично, сделал бы.

Если мат. модель подтвердится практически (при необходимой точности даных), то ожидается щедрое финансирование .
2 Stanislav а что вы там говорили о цифровых фазоврателях? Смотрел у аналога, не нашол, мож не там смотрел.
Спасибо! Нужно немного обмозговать.

[Artem-1.6E-19]

Если мат. модель подтвердится практически (при необходимой точности даных), то ожидается щедрое финансирование .

Ожидать можно что угодно. Хоть второго пришествия, хоть счастья во всем мире, хоть третей мировой.

А щедрое финансирование, это не 100...150 долларов.

2 Stanislav а что вы там говорили о цифровых фазоврателях? Смотрел у аналога, не нашол, мож не там смотрел.
Спасибо! Нужно немного обмозговать.

Моделируйте. Считайте. Если вы еще не поняли, что частота семплирования у вас даже меньше мегагерца может быть, то думать.

[sera_os]

Ожидать можно что угодно. Хоть второго пришествия, хоть счастья во всем мире, хоть третей мировой.

Умно. Зачем придератся к словам?

А щедрое финансирование, это не 100...150 долларов.

Я имел ввиду затраты на опытный образец!

Моделируйте. Считайте.

Чтоб не задавать много глупых вопросов, как раз этим и занимаюсь.

Если вы еще не поняли, что частота семплирования у вас даже меньше мегагерца может быть, то думать.

Ну тупой я! учусь. А при чем тут частота семплирования? По поводу ее выбора уже было сказано ранее!

[Artem-1.6E-19]

Ожидать можно что угодно. Хоть второго пришествия, хоть счастья во всем мире, хоть третей мировой.

Умно. Зачем придератся к словам?

Ожидание финансирования не есть финансирование. Увы. Это придирание к несовершенству нашего миру.

А щедрое финансирование, это не 100...150 долларов.

Я имел ввиду затраты на опытный образец!

Маловато. Разве что только на детали.

Ну тупой я! учусь. А при чем тут частота семплирования? По поводу ее выбора уже было сказано ранее!

То было решение "В лоб". А если не влоб, и у вас есть высокостабильный опорный сигнал, то можно и значительно меньше. К примеру PLL обладает большим джиттером. Зато кварц не обладает. Но кварцев на фундаментальную частоту, есть только около до 30 мегагерц. Но этого достаточно чтобы фазу с очень хорошей точностью померять.

[Oldring]

Совсем застращали человека. Все вполне реально, правда сделать непросто . Для начала можно вспомнить об обычных фазометрах. Если не изменяет склероз, ФК2-16 (или Ф2-16?) давал погрешность порядка 0.01 градуса на подобных частотах. Это 80-е годы. Надеюсь, что нынешние буржуйские не хуже :-). В целом, современнные методы должны бы достигнуть Е-12, по крайней мере в теплично-лабораторных условиях.

Что-то Вы путаете
http://www.priborelektro.ru/price/F2-16.ph...686&print=1

У рекомендованной замены http://www.priborelektro.ru/price/F2-34.php4?deviceid=689 точность не намного выше. Т. е. человек все-таки хочет получить более чем на порядок более высокую точность, чем была у серийной советской техники.

[_artem_]

Если матожидание джиттера равно нулю не получим ли мы точность при усреднении результатов отсчета? ИЛи же если мы можем добавять шум к сигналу для увеличения разрядности при оцифровывании не сможет ли тот же шум способен улучшить разрешаюшую способность и абсолютную погрешность до требуемых пределов для временного измерения?

[Oldring]

Еще раз. Не получим. Ошибки бывают случайными и систематическими. Этому учат на уроках физики уже не помню в каком классе средней школы. Систематические ошибки невозможно устранить осреднением. Неучтенная или неправильно учтенная задержка в антиалиасинговом фильтре является систематической ошибкой измерения.

[_artem_]

матождиание равное нулю предусматривает отсутствие систематических ошибок . Насчет школы тоже не помню.
Если на оба канала подавать измеряемый сигнал - разницу фазового рассоглосавания каналов можно вычислить в процессе измерения. Эту ли систематическую ошибку имеете в виду? Температурная/временная нестабильность фазового рассогласования каналов мне не известна.

[Oldring]

Помню что этому меня учили еще в школьные годы.

Джиттер - это не единственный источник ошибок в измерительной системе. Я имею в виду прежде всего задержки сигнала в аналоговых фильтрах, без которых, очевидно, система не реализуема. Их, безусловно, можно в процессе измерения сигнала пытаться в свою очередь измерить и скомпенсировать. До какого-то предела. Усложнением конструкции прибора можно этот предел отодвигать. Опять же в каких-то пределах. По поводу матожидания этих ошибок ничего сказать нельзя, поэтому осреднение в этом случае не поможет.

[Stanislav]

2 Stanislav а что вы там говорили о цифровых фазоврателях? Смотрел у аналога, не нашол, мож не там смотрел...

Например, любой цифровой КИХ-фильтр с антисимметричными к-тами даёт поворот фазы всех спектральных компонент входного сигнала на 90 град (с учётом задержки, ессно. Если АЧХ его плоская, для получения произвольного фазового сдвига нужно просто сложить с каким-либо к-том входной сигнал, задержанный на соотв. количество отсчётов, с выходом такого фильтра. Если АЧХ не совсем плоская, нужно её учитывать при сложении. Если интересно, могу рассказать подробнее, или почитайте о "фильтре Гильберта" где-нить.
Если частота измерения фиксирована, достаточно имет гораздо более простой (короткий) фильтр, поворачивающий сигнал на 90 гр. и имеющий на заданной частоте известный к-т передачи (напр., 1).
Вот структурная схемма предложенного фазовращателя (конечно, могут быть и другие реализации):

Здесь ГФ - гильбертов (или узкополосный) фильтр, поворачивающий фазу на 90 гр., Nз - задержка такого фильтра в отсчётах.
Такая штука будет сдвигать сигнал на 45 гр. Варьируя к-ты сложения (не нарисованы), и, при необходимости инвертируя знаки, можно получить произвольный фазовый сдвиг сигнала.

[sera_os]

Мужики я столько умных слов не знаю . Простиче но я нехочу задавать глупые вопросы, но на вашем "языке" общение поддерживать трудно.
Думаю на даный момент подберу DSP и ADC согласно вашим рекомендациям, походу буду разбиратся с методами и когда вознут обоснованые вопросы, куда я от вас денусь, буду спрашивать.
Всем ОгОмное СПАСИБО! особенно Stanislav-у .

[Stanislav]

Мужики я столько умных слов не знаю . Простиче но я нехочу задавать глупые вопросы, но на вашем "языке" общение поддерживать трудно.
Думаю на даный момент подберу DSP и ADC согласно вашим рекомендациям, походу буду разбиратся с методами и когда вознут обоснованые вопросы, куда я от вас денусь, буду спрашивать.

Спрашивайте, на то он и форум.
"Умные слова" выучить придётся: без этого нормального технического общения, как видите, не получается.
Речь же шла о довольно простых вещах, думаю, поковырявшись с Матлабом, можно освоить методику довольно быстро.
Ну, и литература по ЦОС, конечно. В родных закромах её довольно много, есть и на русском.

[Old Nick]

Что-то Вы путаете
http://www.priborelektro.ru/price/F2-16.ph...686&print=1

У рекомендованной замены http://www.priborelektro.ru/price/F2-34.php4?deviceid=689 точность не намного выше. Т. е. человек все-таки хочет получить более чем на порядок более высокую точность, чем была у серийной советской техники.

Напутал, бесспорно. Повспоминал и всплыло в памяти, что все-таки было гетеродинирование.

В качестве компенсации морального вреда.
В разработках измерять такую разность фаз не приходилось, но компенсировать как-то понадобилось.
Разность фаз приводилась к определенной величине при помощи обратной связи.
Детектор - очень хороший балансный смеситель + УПТ. Регулировалась емкость слабо связанного варикапа . Достигнуто разрешение не хуже требующегося, относительно простыми средствами.
Однако, вне петли обратной связи будут проблемы со стабильностью.

И еще. Посоветую книгу для общего развития: Кузнецов В.А. Измерения в электронике: справочник 1987
Там перечислены популярные методы измерения (на тот момент).
Есть в "колхозе" (lib.homelinux.org)

[bureau]

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.

Может у кого-то есть пинцыпиальная схема за этим алгоритмом? Что б лутше понять как оно работает... Или может кто подскажет где можно ее найти?

[SasaTheProgramme...]

Может у кого-то есть пинцыпиальная схема за этим алгоритмом? Что б лутше понять как оно работает... Или может кто подскажет где можно ее найти?

В аналоговой формре я бы не взялся такое делать. А вот в цифровом доводилось. Формируются три суммы ("интегралы") - из квадратов синусоид и из их произведения (на самом деле формировалось пять сумм - ещё суммировались сами синусоиды, после чего эти данные использовались для исключения постоянной составляющей). В результате получаются два квадрата амплитуд и их произведение кмнлженное ещё и на косинус_фи. Теперь найти этот самый фи - раз плюнуть, так?
Но есть и серьёзные проблемы. Главная - суммы должны браться за целое число периодов или накапливаться очень-очень долго. В цифровой форме невязка будет всегда, она обусловлена некратностью и несинхронностью частоты оцифровки и входного сигнала. Цифровой фильтр, обеспечивающий нужную степень подавления переменной составлящей на выходе сумматоров мне создать не удалось, а то что получалось по формулам из умных книжек выходило за рамки вычислительных возможностей i196. Вот и приходилось ловить переходы через ноль и балансировать между пляской младших цифр и скоростью обновления табло.

Боюсь, что с заявленной Вами точностью этот метод не справится. Впрочем, это относится и к любому другому методу - малейшее нелинейное искажение в тракте или гармоники в самих сигналах - и всё. Перегнать входные сигналы в дискретные уровни и непосредственно замерить задержку? В момент преобразования возникнут те же проблемы. Но, тем не менее, именно этот путь мне представляется самым надёжным.

[Sergey Reva]

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.

Может у кого-то есть пинцыпиальная схема за этим алгоритмом? Что б лутше понять как оно работает... Или может кто подскажет где можно ее найти?

Мне тоже интересно. Я вот набросал, что скажут понимающие?

 phase.pdf ( 76.46 килобайт ) Кол-во скачиваний: 667

[SasaTheProgramme...]

Мне тоже интересно. Я вот набросал, что скажут понимающие?

 phase.pdf ( 76.46 килобайт ) Кол-во скачиваний: 667

Отлично, за исключением нескольких моментнов.
1. Попробуй поиграть частотой f в пределах одного герца, чтобы в 1 секунду не укладывалось целое число периодов.
2. Попробуй добавить чуть-чуть гармоник.
3. Добавь конечную разрядность АЦП.

Сообщение отредактировал SasaTheProgrammer - Jul 29 2007, 13:20

[Sergey Reva]

Добавил разрядность АЦП, тут MathCad 2001 расчёт и pdf с результатом.
 mcd_pdf.zip ( 122.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 415


То что алгоритм работает при частоте большей чем выборок/сек имеет мат.доказательство? Потому что при установке частоты больше, получается нормальный результат, или это только на модели?

Можно пример как добавить гармоник, а самое главное, в каком количестве?

Сообщение отредактировал Sergey Reva - Jul 29 2007, 19:32

[SasaTheProgramme...]

Добавил разрядность АЦП, тут MathCad 2001 расчёт и pdf с результатом.
 mcd_pdf.zip ( 122.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 415


То что алгоритм работает при частоте большей чем выборок/сек имеет мат.доказательство? Потому что при установке частоты больше, получается нормальный результат, или это только на модели?

Можно пример как добавить гармоник, а самое главное, в каком количестве?

Связь погрешности с частотой выборок довольно простая - время между выборками ограничивает невязку. Точнее, должно ограничивать, суммирование нужно прекращать на границе периодов, а не устанавливать жёстко 4096. Как "обучить" этому MathCad - не знаю.
В рассматриваемом случае, скорее всего, ещё сказывается отличие дискретной математики от непрерывной, сумма амё-таки не интеграл, но чем больше соотношение частот выборки и входного сигнала - тем меньше эти отличия сказываются.
При заданом соотношении добавлять гармоники, собственно, некуда, они "вылетят" за Котельникова-Найквиста (в данном случае - 2048Гц).
Добавить их просто - нужно к функцям входного сигнала прибавить ещё пару-тройку синусоид с частотами 2f, 3f, etc. А вот с какой амплитудой - зависит от реальных условий.

Итого: некратность частот и 16-ти битное преобразование уже в семь раз портят точнось (по сравнению с требуемой) :-( .

[alexander55]

Связь погрешности с частотой выборок довольно простая - время между выборками ограничивает невязку. Точнее, должно ограничивать, суммирование нужно прекращать на границе периодов, а не устанавливать жёстко 4096. Как "обучить" этому MathCad - не знаю.
В рассматриваемом случае, скорее всего, ещё сказывается отличие дискретной математики от непрерывной, сумма амё-таки не интеграл, но чем больше соотношение частот выборки и входного сигнала - тем меньше эти отличия сказываются.
При заданом соотношении добавлять гармоники, собственно, некуда, они "вылетят" за Котельникова-Найквиста (в данном случае - 2048Гц).
Добавить их просто - нужно к функцям входного сигнала прибавить ещё пару-тройку синусоид с частотами 2f, 3f, etc. А вот с какой амплитудой - зависит от реальных условий.

Итого: некратность частот и 16-ти битное преобразование уже в семь раз портят точнось (по сравнению с требуемой) :-( .

До кучи.
Добавьте смещения y1 и y2.
Измените частоты y1 и y2 незначительно и в разы (там у автора было требование, кажется).

Рекомендую, не привязываться к максимумам, т.к. это пологий участок синусоиды (дополнительная погрешность).

[Alias]

Интересная тема - такое жаркое обсуждение вышло! Правда, до конца не дочитал.
Прецизионные измерения фазового сдвига я производил неоднократно, пользуясь модулями цифрового приёма на основе 12..16-разрядных АЦП и DDC (Digital Down Conwerter). В случае, если для формирования сигнала используется DDS - вообще лафа - можно сделать систему с общим тактированием, в которой низкочастотные фазовые шумы опоры взаимно компенсируются. Чувствительность 0,01 градуса - вполне нормальное значение. Узкая полоса фильтров DDC и высокая разрядность с их выхода позволяют получать значение фазы (арктангенс отношения I/Q)с очень высокой точностью. Основная проблема - калибровка (для компенсации межканального фазового рассогласования) каналов. Всего требуется 2 измерительных канала с АЦП и DDC. Но оба канала вначале можно откалибровать по входному сигналу от DDS, а затем второй канал переключить на выход. В общем-то, даже не приводя выкладок, скажу - инструментальная точность и дискрет 0,01 градуса вполне реальны. Смотрите изделия insys.ru

[blackfin]

Прецизионные измерения фазового сдвига я производил неоднократно, пользуясь модулями цифрового приёма на основе 12..16-разрядных АЦП и DDC (Digital Down Conwerter).

Для вычисления фазового сдвига нужно лишь найти два коэффициента в разложении в ряд Фурье:

a = (2/M)*Sum[S(t)*cos(2*Pi*F*t)] и
b = (2/M)*Sum[S(t)*sin(2*Pi*F*t)],

где M - число отсчетов синуса S(t).
Тогда аппроксимация синуса:

S'(t) = a*cos(2*Pi*F*t)+b*sin(2*Pi*F*t).

Зная a и b, можно вычислить сдвиг.

Для грубой оценки точности вычисления фазы
можно воспользоваться известной формулой для
отношения сигнал/шум на выходе АЦП:

SNR = 6.02*N+1.76

С учетом усреднения по M точкам, SNR будет:

SNR = 6.02*N+1.76+10*lg(M/2)

Ошибка при вычислении коэффициентов a и b составит:

ERR(a) = 10^(-(6.02*N+1.76+10*lg(M/2))/20) =
= SQRT(2/M)*10^(-(6.02*N+1.76)/20)

В разложении арктангенса вблизи нуля в ряд Тейлора
можем оставить один член:

Ошибка_Фазы = arctg((a+/-ERR(a))/(b+/-ERR(b ))) =
= (a+/-ERR(a))/(b+/-ERR(b )) = 2*ERR(a) =
= 2*SQRT(2/M)*10^(-(6.02*N+1.76)/20)

Для 10-ти разрядного АЦП:

M = 256 точек и
N = 10 бит АЦП находим:

Ошибка_Фазы = 1.411e-4 [радиан] или
Ошибка_Фазы = 0.0081 [градус].

Сообщение отредактировал blackfin - Dec 17 2007, 18:28

[Alias]

Да, расчёт фазового спектра или, если заранее известна частота, расчёт значения фазы в одной частотной точке решают задачу, безо всякого привлечения лишней аппаратуры в лице DDC. Просто я ляпнул первое пришедшее мне в голову, потому что работаю постоянно с DDC и с помощью него наглядно измеряю фазовые рассогласования.
Расчёт погрешности должен также учитывает реальный шум АЦП и фазовый шум сигнала дискретизации, но всё равно метод, с использованием усреднения результата позволяет измерять с требуемой и даже значительно более высокой точностью, при условии если тактировать источник сигнала - DDS - и АЦП одним и тем же сигналом.

[Fetronics]

Советую использовать фазометр Ф2-34 или ( если найдете)ФК2-35 и никаих проблем. Это лутшее что было в СССР.