基于數字鑒相的自由軸法RLC測量
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在自由軸法測量RLC原理電路(圖1)中，正弦信號發生器、相敏檢波器及基準相位發生器是RLC測量儀的關鍵部分。
2．1 正弦信號源
為了保證RLC測試儀的精度，要求信號源U0產生的正弦信號波形失真小，幅值穩定。自由軸法中，還要求信號源頻率和相敏檢波器相位基準信號的頻率相同。所以正弦信號源與基準相位發生器在電路上密切相關。為了保證測試精度，采用直接數字頻率合成DDS技術產生正弦信號激勵源。DDS具有系統穩定性強，以及相位、頻率精確可調的優點。圖3所示為采用DDS的正弦信號源及相敏檢波器原理圖。本文引用地址：http://www.104case.com/article/195707.htm
圖3中時鐘信號CLK經分頻器后，得到依次二倍頻率關系的8路信號，作為ROM1的地址輸入，ROM1存放有256個按正弦規律變化的數據，即每一個存儲單元存儲的樣點數據與其地址之間的關系和正弦波的幅值與時間軸的關系一致。在分頻器輸出8路信號作用下，ROM1依次輸出正弦曲線樣點數據，經D／A轉換器后輸出階梯正弦波，再經濾波、放大，就得到了測試用的正弦激勵信號。信號基礎頻率由單片機的P1．2和P1．3控制，若P1．2，P1．3分別為00，10，01，則基礎頻率廠依次為100 Hz，1 kHz，10 kHz。
2．2 基準相位發生器
基準相位發生器由ROM2實現，ROM2的高兩位地址A9，A8由單片機的P1．1和P1．0提供，低8位地址A7～A0與ROM1地址對應相連。ROM2分為4個區，每區有64個數據，分別代表了4組相差90°的正弦波信號值。由P1．0，P1．1選擇不同的區域。當P1．1，P1．0分別為00，01，10，111，ROM2依次輸出相位相差90°的正弦信號(相位參考基準信號)。
2．3 相敏檢波器
相敏檢波器由乘法型D／A轉換器和低通濾波器構成。乘法型D／A轉換器用于實現數字鑒相。ROM2輸出的8位數字式基準正弦信號送到8位乘法型D／A轉換器，與加至D／A轉換器參考電壓VREF端的被測電壓UX(或US)相乘，再經低通濾波便得到被測信號UX(或US)在坐標軸上的投影分量。分析如下，先使P1．1，P1．0＝00，設ROM2輸出正弦信號為cos(ωt)，被測信號UX=Umcos(ωt+ψ)，經乘法型D／A后輸出為：
再經低通濾波器后輸出為Umcosψ，它是被測信號UX在x坐標軸上的投影。然后使P1．1，P1．0=01，實現90°移相操作，此時ROM2輸出為cos(ωT+π／2)，被測信號UX仍然為Umcos(ωt+ψ)，D／A轉換器輸出為：
經低通濾波可以得到UX在y坐標軸上的投影分量Umsin ψ信號。
同理，可以得到US在x，y坐標軸上的投影分量。
3 結 語
本電路所采用的數字相敏檢波器比傳統的模擬相敏檢波器具有無法比擬的優點。通過乘法型D／A轉換器進行數字鑒相，減少了傳統模擬鑒相器開關動作過程中出現的尖脈沖，提高了測量精度；兩個相互垂直的相位參考基準信號通過ROM2準確獲得，相位參考基準信號電路比模擬相敏檢波器大大簡化；此外鑒相器使用D／A轉換器后電路的溫度系數進一步減小。
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