模擬信號(hào)相位補(bǔ)償設(shè)計(jì)

【摘要】在信號(hào)處理的過(guò)程中，常常會(huì)造成信號(hào)的相位偏差，為了解決這一問(wèn)題，本文提出來(lái)相位補(bǔ)償方案。

【關(guān)鍵詞】相位補(bǔ)償；移相電路

1.引言

在信號(hào)處理的過(guò)程中，由于存在著種種原因，在信號(hào)輸出的時(shí)候，所得到的信號(hào)與預(yù)期往往存在著誤差。為了處理這種誤差，提高系統(tǒng)精度，必須對(duì)信號(hào)的相位進(jìn)行補(bǔ)償。這個(gè)過(guò)程常常是必不可少的。如何恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)移相電路，使得系統(tǒng)在各種條件下都能得到正確的信號(hào)，十分關(guān)鍵。

2.相位偏移的原因

輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在著相移，有兩方面的原因：一是信號(hào)采集過(guò)程中存在的偏差，一是信號(hào)在處理傳輸?shù)倪^(guò)程造成相移，下面分別討論。

2.1 信號(hào)采集偏差

為了能夠讓系統(tǒng)正確的讀取信號(hào)，必須對(duì)現(xiàn)實(shí)中的各種信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換的工程中，永遠(yuǎn)都不是一個(gè)理想的過(guò)程，存在著各種近似。這之間總是存在著偏差。以圖1電容分壓原理為例進(jìn)行分析：

且存在R<

2.2 處理傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的相移

A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間、單片機(jī)計(jì)算時(shí)間和D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間，都會(huì)形成相位延遲，各種處理電路也會(huì)造成各種相位偏移。

這些因素綜合作用下，輸出與輸入信號(hào)之間形成相位偏移。

3.移相電路

相位補(bǔ)償?shù)姆椒ㄖ饕蓛煞N，一種是通過(guò)軟件移相，一種是通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)。通過(guò)軟件移相，可調(diào)性高，且不受環(huán)境變化的影響。然而在比較精密的場(chǎng)合，需要高速的數(shù)據(jù)采樣，和實(shí)時(shí)的計(jì)算。這樣對(duì)軟件設(shè)計(jì)的要求比較高，且硬件開(kāi)銷比較大。使用硬件電路實(shí)現(xiàn)小范圍相位補(bǔ)償則可以實(shí)現(xiàn)較高的精度，十分適合應(yīng)用在實(shí)時(shí)性系統(tǒng)中。

移相電路主要由兩種：如圖2所示。

文獻(xiàn)[1]中分析，這兩種移相電路存在著最佳工作點(diǎn)。下面進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：

調(diào)整R的參數(shù)可以控制移相的大小。

從式（6）看到，該移相電路對(duì)所有頻率的信號(hào)的幅值都沒(méi)有改變，但是從式（7）卻顯示移相范圍跟頻率有一定關(guān)系。

從圖3可以看出在不同頻率下，移相器對(duì)頻率的敏感度不同。85o時(shí)對(duì)頻率最為敏感，4o最為不敏感。

另外溫度變化時(shí)會(huì)引起RC的變化，從而使移相產(chǎn)生偏移。參考文獻(xiàn)[1]中的結(jié)論，在不同工作點(diǎn)下，移相角度與溫度的關(guān)系如圖4所示。

從圖4中可看出，在4o時(shí)移相電路對(duì)溫度最為不敏感。

因此在設(shè)計(jì)移相電路時(shí)，為了最大限度的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，必須選擇合適的工作點(diǎn)。然而大多數(shù)時(shí)候需要產(chǎn)生的相移，并不在工作點(diǎn)附近，這個(gè)時(shí)候就可以通過(guò)組合的辦法來(lái)獲取合適的工作點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]肖霞，徐雁，葉妙元.電子式電壓互感器中的相位補(bǔ)償研究[J].高壓電器，2010，46（3）：41-44.