双通道函数信号发生器相位差校准方法及不确定度评定.pdf
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1、目前函数信号发生器检定规程未详细列出双通道函数信号发生器相位差的校准方法,因此文章介绍了函数信号发生器低频信号相位差校准的三种测试方法:相位计法、通用计数器法、数字示波器法。通过实验计算及函数拟合分析,列出了三种方法的测试结果,并对相位计法测试结果的不确定度进行了分析,为双通道函数信号发生器及任意波发生器相位差的校准提供了参考。关键词:函数信号发生器;低频信号;相位差;不确定度中图分类号:TM93文献标识码:APhase Difference Calibration Method and Uncertainty Evaluationof Dual Channel Function Signal
2、 GeneratorCUI Yu-juan ZHANG Min-jie(The 27th Research Institute of China Electronics TechnologyGroup Corporation,Zhengzhou 450047,China)Abstract:At present,Verification regulation of function signal generator do not list the calibration method of thephase difference of the dual-channel function gene
3、rator in detail.Therefore,this paper introduces three methodsfor calibrating the phase difference of the low-frequency signal:the phase meter method,the universal countermethod and digital oscilloscope method.Through experiments calculation and function fitting analysis,this pa-per lists the test re
4、sults of the three methods,and evaluates the uncertainty of phase meter method,which pro-vides a reference for the calibration of the phase difference of the two-channel function generator and the arbi-trarywave generator.Key words:Function Signal Generator;Low-frequency Signal;Phase Difference;Unce
5、rtainty1引言函数信号发生器是用直接数字合成方式(DDS)产生正弦波、方波、三角波等多种时间函数波形的仪器,大多数的函数发生器是单通道的。随着技术的发展及测试的需要,出现了AFG3022C型、AFG3052C型等双通道函数信号发生器,也可称为任意波发生器。在工程测试中,为验证某型移频设备测试系统对低频信号(频率为1 kHz)的相位测试功能,使用函数信号发生器AFC3052C两通道产生的相位差作为标准信号。针对函数信号发生器两通道相位差的溯源,目前在函数发生器检定规程 、合成信号发生器检定规程 2 、低频信号发生器检定规程 3 中均未对其进行说明。JJF1152任意波发生器校准规范 4 7
6、.6 条中列出了参考方法,该方法主要用于校准编辑波形的任意波形发生器,且校准规范中对不确定度分析未详细说明。本文基于AFG3052C函数信号发生器,介绍了三种两路低频信号相位差的校准方法,并给出了相位计法测试结果的不确定度评定。作者简介:崔玉娟(1 9 8 6 一),女,高级工程师,硕士研究生,研究方向:无线电、电学、时间频率计量测试技术。第1 期电系光统602相位差测量方法相位差测量方法有直接测量方法和间接测量方法。直接测量方法有相位计测量;间接测量方法有通用计数器测量、数字示波器测量。2.1相位计测量方法相位计测量方法是基于零交叉法测量原理,零交叉法 5 是低频相位测量最常用的方法,是将两
7、路被测信号的相位差正比于两路信号相邻过零点之间的时间间隔。只要检测出两路信号相邻过零点,度量出此时间间隔的大小就能换算出两路被测信号的相位差,如图1 所示。相位计法基于中国计量科学研究院研制的PHS系列精密宽带相位计测试函数信号发生器两路信号的相位差,相位计测试框图如图2 所示。函数信号发生器通道1 与通道2 产生两路相同的低频信号,信号经衰减器输出在0.0 8 V0.4V范围内,经放大器将信号放大5倍。零交叉电路将输人正弦波变成输出方波,而且方波的沿正好在正弦波的过零点上。消除死区电路可消除测相死区,当两路被测信号完全同相时仍能测相。时间间隔测试电路可测出两个被测通道正弦信号过零点之间的时间
8、间隔和信号的周期。根据式(1)可计算出相位。通过改变其中的一个相位,可以从相位计上直接观察到两个通道的相位差 AT360(1)二T式中,T为时间间隔;T为信号周期。(a)(b)T(d)图1零交叉法测量相位差原理框图通道相位计内部原理图CH1衰减器放大器零交叉函数信号消除死区时间间隔发生器电路测量电路通道2自校CH21衰减器放大器零交测量图2相位计测试框图2.2通用计数器测量方法通用计数器法基于南京电讯仪器厂制造的E312A型通用计数器测试函数信号发生器两路信号的相位差,测试原理如图3 所示。函数信号发生器通道1 与通道2 产生两路相同的低频信号,通道1 输出给计数器的A输人端作为启动信号,通道
9、2 输出给计数器的B输人端作为停止信号。信号经输人通道放大整形后,成为矩形波输出,选择门将分别选择被测信号的上升沿或下降沿,送到后续的计数/控制逻辑单元。通过测试时间间隔和信号周期,按式(1)可计算出相位差。2.3数字示波器测量方法数字示波器测量可以利用示波器的多波形同时测量功能,通过测量时间差,计算出相位差,但是通过光标标记,会引人较大的读数误差。一般通过执行采集,将数据存储在计算机上,用Matlab软件对函数信号发生器两个通道的数据分别进行正弦波拟合,求出各自正弦函数中的每个参数,然后计算出相位差。通道1 产生的正弦信号如式(2)所示。通道2 产生的正弦信号如式(3)所示U,(i)=C,s
10、in(i+0,)(2)U,(i)=C,sin(i+0,)(3)则通道的相位差按照式(4)计算:0=0,-0 2(4)表3鱼波测试结里总第1 8 3 期崔玉娟通道函数信发生器相位差校准方法及不确定度评定61式中,0 为两通道相位差;0,为通道1 信号的相位;0,为通道2 信号的相位。计数器原理图CH1输人保护阻抗变换放大器整形电路选择门函数信号计数/控发生器制逻辑单元CH2B输入保护阻抗变换放大器整形电路选择门图3通用计数器测试原理图3实验结果本文选择AFC3052C函数信号发生器作为被测对象,使用PHS-8型相位计、E312A型通用计数器、RTM3004型数字示波器对其两通道相位差进行测量。3
11、.1PHS-8型相位计测试结果表1正弦波测试结果AFG3052C函数PHS-8相位信号发生器序号计相位差CH1 相CH2 相CH1 与 CH2测试结果位输出位输出相位差10.000.000.000.002290.000.0090.0090.0013180.000.00180.00180.0024270.000.00270.00270.0025360.000.000.000.002表2方波测试结果AFC3052C函数信号发生器PHS-8 相位序号CH1 相CH2相CH1 与 CH2计相位差测试结果位输出位输出相位差10.00.00.00.002290.00.090.090.0023180.00.
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