硬件電路的理論分析

背景

這幾天研究的產(chǎn)品的核心算法是發(fā)射和接收的正弦信號的相位差檢測。

在STM32F407處理器上，通過DMA+SPI通信對接收和發(fā)射信號進(jìn)行高速采樣。

設(shè)計(jì)算法計(jì)算接收和發(fā)射信號的相位差。

用delphi改了一個(gè)簡單的調(diào)試用的上位機(jī)軟件。

下位機(jī)通過串口將采集到的A/D值以及計(jì)算結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)。

上位機(jī)將數(shù)據(jù)以圖形界面顯示出來，同時(shí)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷算法的正確性，

并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整參數(shù)。

花了兩個(gè)晚上的時(shí)間，完成了上位機(jī)和下位機(jī)的算法設(shè)計(jì)、代碼編寫和調(diào)試。

用于產(chǎn)品調(diào)試的上位機(jī)軟件界面

電路分析

今天晚上開始分析測試結(jié)果。

第一步是和硬件電路的理論分析進(jìn)行比較。

客戶設(shè)計(jì)的電路

輸入信號的頻率為4kHz-18kHz。

在該電路中，

C1、C2的阻抗為：

跟與其串聯(lián)的電阻R4相比，可以忽略不計(jì)。

同理，電容C8的阻抗為

，跟R9相比，也可以忽略不計(jì)。

+3.3V通過R1、R3的分壓得到1.65V給軌對軌運(yùn)放ADA4841提供直流工作電平，使其可以通過單電源供電。

綜合考慮之后，可以得到該電路的交流通路，如下圖：

電路交流通路

相位分析

電阻R4，電容C6構(gòu)成高通濾波器，

傳遞函數(shù)為：

幅值函數(shù)為：

-3dB截止截止頻率為

幅頻特性曲線

相角函數(shù)為：

相頻特性

當(dāng)頻率為18KHz時(shí)，運(yùn)放同相輸入端的電壓相對于輸入電壓的相位超前，

幅度比值為1。

R9、R10、C7構(gòu)成低通濾波器，從運(yùn)放同相端到輸出端的傳遞函數(shù)為：

幅頻特性曲線

相頻特性曲線

當(dāng)頻率為18KHz時(shí)，運(yùn)放輸出端的電壓相對于同相輸入端電壓的相位滯后，幅度比值為16.25。

因此，當(dāng)頻率為18KHz時(shí)，運(yùn)放輸出端與輸入信號的相位滯后。

AD4020差分輸入信號Vout+-Vout-與運(yùn)放輸出的差分信號V1+-V1-在頻率域滿足以下關(guān)系式：

當(dāng)頻率為18KHz時(shí)，AD4020輸入信號與運(yùn)放輸出信號相比相位滯后，幅度比值為0.81。

綜上，處理電路導(dǎo)致相位滯后為。

Multisum仿真

Multisum仿真與計(jì)算結(jié)果一致。

原文標(biāo)題：用于相位差檢測的處理電路理論計(jì)算分析

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