模擬信號相位補償設(shè)計

【摘要】在信號處理的過程中，常常會造成信號的相位偏差，為了解決這一問題，本文提出來相位補償方案。

【關(guān)鍵詞】相位補償；移相電路

1.引言

在信號處理的過程中，由于存在著種種原因，在信號輸出的時候，所得到的信號與預(yù)期往往存在著誤差。為了處理這種誤差，提高系統(tǒng)精度，必須對信號的相位進行補償。這個過程常常是必不可少的。如何恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計移相電路，使得系統(tǒng)在各種條件下都能得到正確的信號，十分關(guān)鍵。

2.相位偏移的原因

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

2.1 信號采集偏差

為了能夠讓系統(tǒng)正確的讀取信號，必須對現(xiàn)實中的各種信號進行轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換的工程中，永遠都不是一個理想的過程，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行分析：

且存在R<

2.2 處理傳輸過程中產(chǎn)生的相移

A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間、單片機計算時間和D/A轉(zhuǎn)換時間，都會形成相位延遲，各種處理電路也會造成各種相位偏移。

這些因素綜合作用下，輸出與輸入信號之間形成相位偏移。

3.移相電路

相位補償?shù)姆椒ㄖ饕蓛煞N，一種是通過軟件移相，一種是通過硬件電路實現(xiàn)。通過軟件移相，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合，需要高速的數(shù)據(jù)采樣，和實時的計算。這樣對軟件設(shè)計的要求比較高，且硬件開銷比較大。使用硬件電路實現(xiàn)小范圍相位補償則可以實現(xiàn)較高的精度，十分適合應(yīng)用在實時性系統(tǒng)中。

移相電路主要由兩種：如圖2所示。

文獻[1]中分析，這兩種移相電路存在著最佳工作點。下面進行簡要分析：

調(diào)整R的參數(shù)可以控制移相的大小。

從式（6）看到，該移相電路對所有頻率的信號的幅值都沒有改變，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，移相器對頻率的敏感度不同。85o時對頻率最為敏感，4o最為不敏感。

另外溫度變化時會引起RC的變化，從而使移相產(chǎn)生偏移。參考文獻[1]中的結(jié)論，在不同工作點下，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時移相電路對溫度最為不敏感。

因此在設(shè)計移相電路時，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。然而大多數(shù)時候需要產(chǎn)生的相移，并不在工作點附近，這個時候就可以通過組合的辦法來獲取合適的工作點。

參考文獻

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