鉴相电路

鉴相器的原理
原理：
鉴相器就是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。

表示其间关系的函数称为鉴相特性。

鉴相器是锁相环的基本部件之一，也用于调频和调相信号的解调。

常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等。

特性：
鉴相器的特性用ud（t）＝kdf【θe（t）】表示。

式中kd为鉴相器的增益系数；θe（t）＝θ1（t）－θ2（t），表示两个输入信号之间的相位差。

函数f【·】表示鉴相特性，它反映鉴相器的输出电压ud（t）与相位差的关系。

常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等
鉴相器分类
1.模拟鉴相器
模拟鉴相器中做常见的为二极管平衡鉴相器。

原理：两个输入的正弦信号的和与差分别加于检波二极管，检波后的电位差即为鉴相器
的输出电压。

其鉴相特性通常为余弦型的。

2.数字鉴相器
鉴频鉴相器是一种数字鉴相器。

原理：两个输入信号是脉冲序列，其前沿（或后沿）分别代表各自的相位。

比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。

这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形。

因它兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器。

鉴相器的应用
ui——环路输入信号，其频率比较稳定；uo——环路输出信号，频率与ui的频率相同，但与ui保持一定的相位差。

鉴相器的基本功能——将环路输入ui与环路输出uo进行比较，产生与相位成一定比例的误差电压ud；
低通——是在V APC的作用下，产生与输入信号同频，但存在一定相位差的正弦信号uo,送到鉴相器进一步比较，直到uo与ui同频同相为止。

桥式鉴相器电路如图所示的电路是一种桥式鉴相器。

假定在输入端1上作用着正弦信号。

这个信号在频率和相位上需与加在输入端11上的脉冲信号相比较，当一个信号的频率或相位与另一个信号的频率或相位相差别时，就可在接线端子X 上得到输出信号，如果在信号中没有这种差别，那么在输出端上就没有电压，这个电路也可以这样来改造，改变一只二极管的连接极性，使得输出端上形成直流电压，当输入信号有差别时，这个直流电压值就增加或喊少。

双脉冲型鉴相器电路如图是电视机使用的双脉冲平衡型鉴相器的原理电路。

同步脉冲分相管基极加有负极性行同步脉冲。

在不加行同步脉冲时，由于分相管基极上没有加正向偏置电压，因此分相管不导通，在行同步脉冲到来时，使分相管导通。

因此在发射极上可得到负极性行同步脉冲，而在集电极上得到正极性行同步脉冲。

适当选取R5，R8之值。

可使正负同步脉冲的幅度相等。

D1，D2是特性相同的两只二极管，电阻r1=R2，电容C1=C2。

PM信号的解调电路--开关型二极管环形鉴相器原理电路见图5.5-34A,令这种电路的分析与两个输入信号的相对大小有密切关系，在大多数实际应用中，鉴相器的一个输入电压比另一个大得多，结果分析可大为简化。

当满足U1》U2时，二极管处于开关开作状态，其“开”或“关”仅由U1（T）决定，而与U2（T）无关。

采用开关函数法分析，当二极管为理想（即二极管正向电阻为零，反向电阻为无穷大）时，可得式中R11为U1（T）的内阻，R12为U1（T）的内阻。

在匹配情况下：可见当U1》U2时，开关型环形鉴相器具有正弦鉴相特性。

当φ在0~X/6范围内，可实现线性鉴相。

PM信号的解调电路--二极管平衡鉴相器图5.5-33A给出了一个二极管平衡鉴相器常用电路。

它可视为由二部分组成，图中虚线以左部分称为相位差一幅度变换器，虚线以右部分为包络检波器。

相位差一幅度变换器变换原理，简单地来说就是：两个频率相近的调频正弦波相加其合成波的幅度将随两个滤的瞬时相位差而变化。

鉴相器鉴相器是一个相位比较装置，又称为相位比较器。

它的输出误差电压v d(t)是v i(t)与v o(t) 的瞬时相位之差的函数。

A.鉴相特性a.表示鉴相器输出电压与两个比较信号相位之间的关系。

b.典型的鉴相特性有:●正弦鉴相特性●三角鉴相特性●锯齿波鉴相特性B.鉴相器电路实例说明:a.二极管鉴相器1) 二极管平衡鉴相器电路:（右图）⊙v d(t)=A D1sinφe(t)⊙AD为鉴相特性斜率或称鉴相增益或称鉴相灵敏度,量纲为(V/rad)。

⊙|φe(t)|≤30o,则鉴相器等效一个相位减法器,其极性代表v i超前v o 或滞后v o(指同频时,并不考虑它们固定π/2相位差)。

⊙当t=0, △ω=ωi-ωr为v i与v o的固有频差(或起始频差）。

当t≠0,ωi ≠ω,v d为v i与v o差拍电压,v d为交流电压,则意味环路失锁。

当t→∞,ωi =ωVd为直流电压,则意味环路锁定。

2).二极管环型鉴相器★★例一:电路⊙v d(t)=A D2sinφe(t) A D2= 2AD1⊙与平衡鉴相器比较优点有: ☆鉴相灵敏度高一倍☆实现输出平衡和阻抗匹配。

☆平衡对称结构好载漏小。

★★ 例二:电路⊙v d=A D2sinφe(t)⊙R1～R4补偿均衡二极管的非线性,起温度稳定作用。

⊙射频波段,Tr1,Tr2用传输线变压器。

为克服匝数少，变压器次级绕组中心抽头困难,用电阻R5～R10加以精确的平衡鉴相器。

⊙电容C1～C4用来补偿电路电容。

b.高频鉴相器（这是微波锁相环采用的鉴相器）⊙传输线变压器,使次级得到二个对称的v1(t)信号电压.并且磁力线集中,初次级之间分布电容可作为电路的基本元件。

⊙高频电容采用片电容,电力线集中,寄生参数影响小。

⊙电路简单,易调上下对称(对地而言)。

⊙灵敏度高,工作频率高,可从30MHz～400MHz。

c.集成化鉴相器 (数字锁相环和模拟锁相环的鉴相器都可做成集成化电路)举例:用压控吉尔伯特相乘器构成鉴相器(集成块)⊙v i输入正弦波信号v i(t)=V im sin(ωi t＋φi)⊙v o为VCO反馈到鉴相器的矩形波⊙ 输出信号v d(t)=A D sinφe(t)返回。

用GAL芯片可靠地实现倍频鉴相输出电路大连建筑工程学校　高君佩 摘要　在总结以往使用的光电编码器脉冲倍频鉴相输出电路的基础上,介绍一种新型的利用G AL器件实现的全逻辑式倍频鉴相电路。

这种电路结构简单,无电容、电感、电阻等分立元件,抗干扰能力强,是一种提高光电编码器反馈精度,实现高精度位置伺服控制的优选电路。

关键词:倍频鉴相　G AL　伺服控制 大多数直流电机和交流电机的伺服控制系统及一些使用光电编码器作为位置反馈和速度反馈元件的系统中,总要用到对光电编码器的输出脉冲进行倍频鉴相的电路,一是为了提高位置反馈精度;二是获取电机的方向;三是减小通过F/V变换器获取速度反馈信号的波纹。

本文介绍的这种新型的电路,不但可以实现4以内任意次倍频,还可以通过开发设备对其实现软修改。

此电路不使用任何分立元件,只用一片G AL 可编程序逻辑电路。

因不采用感性容性元件,大大提高了电路的抗干扰能力,充分保证了系统位置反馈的可靠性。

1　用阻容器件实现的倍频鉴相电路在大多数位置伺服系统中,都采用装在伺服电机传动轴一侧的光电编码器作为闭环控制的反馈元件,有时也通过F/V变换器将其转换为速度反馈信号。

光电编码器的输出是两组相位相差90°的脉冲序列信号A和B,大多还输出这两路信号的反相信号 A和 B,如图1所示。

在一个周期T内,两路脉冲共有四个边沿,以往使用的倍频鉴相电路就是采用R C电路取得这四个边沿信号,再通过或门输出达到倍频的目的。

其中一种电路如图2所示,其输入与输出的逻辑时序关系如图3所示。

在这个电路中用R C器件形成充放电回路,产生具有一定宽度的脉冲,而其后的门电路使R C充放电回路与负载隔离,保证其具有标准的电平和脉冲宽度。

另外一种与这个电路很相近,也是用R C电路实现脉冲边沿信号,其电路原理如图4所示。

与图2所示电路不同的是采用脉冲沿的充电过程获取脉冲与原脉冲相与输出,能够相对地提高抗干扰能力和脉冲输出稳定度。

鉴相电路的原理
鉴相电路是一种用于检测电源电压相角的电路。

它的原理基于相位比较器和滤波器的结合。

在鉴相电路中，首先需要将输入的电源电压分成两路，一路经过相位比较器，另一路经过滤波器。

相位比较器可以将输入信号与参考相位进行比较，输出一个相位差信号。

而滤波器则用于对相位差信号进行平滑处理。

在相位比较器中，常用的比较器有零漂移放大器和差分放大器等。

其基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，输出相位差信号。

相位差信号正常情况下应该是一个正弦波信号，其频率等于输入电源的频率。

当输入电源的相位角达到参考相位角时，输出信号的幅值为0，表示相位匹配。

滤波器的作用是平滑处理相位差信号。

滤波器可以采用低通滤波器，将高频噪声滤除，使得输出信号更加稳定，不受干扰。

常见的滤波器电路有RC滤波器和LC滤波器等。

最终，鉴相电路通过相位比较器和滤波器的协同作用，将输入电源的相位角与参考相位角进行比较，并输出一个稳定的相位差信号。

这个信号可以用于驱动其他电路或者显示设备，以实现相位匹配的功能。

这对于一些需要进行相位同步的系统和电路来说尤为重要。

电荷泵式鉴频鉴相器电路电荷泵式鉴频鉴相器是一种常用的电子电路，用于频率测量和相位检测。

它可以将输入信号的频率和相位信息转换为直流电压输出。

该电路结构简单，性能稳定可靠，因此在通信、测量等领域得到广泛应用。

一、电荷泵式鉴频鉴相器原理电荷泵式鉴频鉴相器是基于电容器充放电原理的电路。

它由两个电容器和两个开关组成。

其中，一个电容器与电源正极相连，另一个电容器与电源负极相连。

两个开关可以根据输入信号的频率和相位信息控制电容器的充放电过程。

当输入信号频率较低时，电容器可以充电并保持电荷。

当输入信号频率较高时，电容器无法充电并且电荷会逐渐耗尽。

通过测量电容器上的电压变化，可以判断输入信号的频率。

当输入信号相位与电容器充放电过程相匹配时，电容器上的电压变化最大。

通过测量电容器上的电压变化，可以判断输入信号的相位。

二、电荷泵式鉴频鉴相器电路实现电荷泵式鉴频鉴相器的基本电路如下：1. 输入端：将待测频率信号输入到电荷泵式鉴频鉴相器。

2. 两个电容器：用于存储电荷。

3. 两个开关：根据输入信号的频率和相位信息控制电容器的充放电过程。

4. 输出端：将测量得到的直流电压输出。

电荷泵式鉴频鉴相器的工作过程如下：1. 当输入信号的频率较低时，电容器可以充电并保持电荷。

2. 当输入信号的频率较高时，电容器无法充电并且电荷会逐渐耗尽。

3. 通过测量电容器上的电压变化，可以判断输入信号的频率。

4. 当输入信号的相位与电容器充放电过程相匹配时，电容器上的电压变化最大。

5. 通过测量电容器上的电压变化，可以判断输入信号的相位。

三、电荷泵式鉴频鉴相器的应用电荷泵式鉴频鉴相器广泛应用于通信、测量等领域。

它可以用于频率测量、频率锁定、相位检测和相位锁定等应用。

1. 频率测量：通过测量电容器上的电压变化，可以准确测量输入信号的频率。

2. 频率锁定：通过调节电容器的充放电过程，使得电容器上的电压变化与输入信号频率相匹配，从而实现频率锁定。

3. 相位检测：通过测量电容器上的电压变化，可以准确检测输入信号的相位。

基于ADF4110的数字鉴相电路设计魏文哲;贾豫东;张晓青【摘要】锁相技术已广泛应用于雷达、通信等领域，高性能地实现信号的提取、追踪、频率合成、滤波等功能。

在一些重要应用领域中，两个信号之间相位差的精确测量具有重要的意义。

由于基于模拟锁相环的鉴相器鉴相范围小，设计出基于ADF4110的数字鉴相电路，用51单片机编程控制分频，并详细介绍其工作原理、工作过程及测试结果。

并通过ADIsimPLL软件对ADF4110进行仿真，通过图形更直观地评价电路的输出性能。

%Phase lock technology has been widely used in radar, communications and other fields. It can highly achieve the signal extraction, track-ing, frequency synthesis, filtering and so on. In some important applications, the accurate measurement of the phase difference between the two signals is significant. Because of the small number of phase detection based on analog phase locked loop, the digital phase detec-tion circuit based on ADF4110 is designed, which uses 51 single chip programming to control frequency, and this paper introduces the working principle, working process and test result in detail. And through the ADIsimPLL software to simulate the ADF4110, the output performance of the circuit is more intuitive.【期刊名称】《现代计算机（专业版）》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P32-35,40)【关键词】锁相技术;ADF4110;单片机;鉴相电路【作者】魏文哲;贾豫东;张晓青【作者单位】北京信息科技大学，光电测试技术北京市重点实验室，北京100192;北京信息科技大学，光电测试技术北京市重点实验室，北京 100192;北京信息科技大学，光电测试技术北京市重点实验室，北京 100192【正文语种】中文北京市青年拔尖人才计划（No.CIT&TCD201404122）、北京市教育委员会科技计划面上项目（No.KM201411232005）近些年来，锁相技术已广泛应用于航天、雷达、通信、测量等重要研究领域，具有高质量地提取信号、同步信号和追踪目标的能力，还可以实现对模拟和数字通信的频率合成、频率调制与解调、滤波等功能。