相位式光纖測量電路系統的設計與實現

2．2．2 頻率信號產生電路的實現
頻率信號產生電路在FPGA中頻率控制模塊的控制下，產生高精度正弦主振信號和本振信號，分別用于光調制和混頻。此電路產生的信號要求頻率可調，且具有高的頻率穩定性和低的相位噪聲，相位抖動小，以保證最終的測量精度。
在本系統中，我們基于直接數字頻率合成(DDS)技術進行信號產生。DDS的實現，使用芯片AD9951。AD9951是一個可控的頻率合成芯片，具有32位頻率轉換字，最大合成頻率為160MHz。系統中采用兩塊AD9951，分別產生主振信號和本振信號。FPGA通過該芯片的控制端口，對
其產生的信號頻率進行控制。其控制時序如圖4所示。

AD9951產生的頻率信號具有一定的雜散，系統中使用七階橢圓低通濾波器進行濾波，然后使用運算放大器AD8007進行信號放大。電路框圖如圖5所示。該電路產生的50MHz的正弦信號如圖6所示。

2．2．3 混頻鑒相電路
由于測量信號頻率較高，直接對其進行鑒相難以達到良好的鑒相精度，因而在系統中采用混頻的方法進行差頻鑒相。在差頻鑒相中，參考信號和測量信號同時與本振信號進行混頻，濾除混頻后高頻分量，得到混頻后低頻參考信號和混頻后低頻測量信號。混頻降低了信號頻率，但保持相位差不變，便于鑒相操作。相位差的檢測使用自動數字鑒相法。其原理如圖7所示。參考信號和測量信號通過過零比較，得到參考方波信號和測量方波信號。比較兩方波信號，得到兩者之間的相位差信號，然后使用高頻計數脈沖對相位差信號，然后使用高頻計數脈沖對相位差信號進行計數。設參考信號和測量信號的周期為f，高頻計數脈沖的頻率為fc，一個周期內的計數值為M，則相位差為：△φ=2πMf ／fc。為了減小偶然誤差，提高鑒相精度，可以對多個周期計數求平均。設N個周期的計數值為M'，則△φ=2πM'f／Nfc。