本實用新型涉及一種數(shù)字移相電路，屬電子信號測量及控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

移相器是一種兩端口部件，主要功能是對傳輸信號的相位進行調(diào)整以滿足系統(tǒng)的要求。移相器有模擬移相器和數(shù)字移相器，在噪聲或干擾環(huán)境下跟蹤微弱信號，這要求移相器具有移相精度高、抗干擾能力強并且易于控制等特點，模擬移相器由于原理結(jié)構(gòu)的限制，已經(jīng)不能滿足設(shè)計要求，一般采用數(shù)字移相器。數(shù)字移相器是相敏檢測、相位控制的核心部件,廣泛用于航空、航天、航海等各種控制系統(tǒng)及通信系統(tǒng),如雷達定向?qū)Ш健⒆鴺俗儞Q、火炮控制、微波儀器和測量系統(tǒng)、機床控制系統(tǒng)等各種工業(yè)用途中，在各種高精度線性功率放大器電路設(shè)計中，數(shù)字移相器也是主要電路。

目前用以實現(xiàn)數(shù)字移相器的電路主要有:開關(guān)型、DDS型等電路形式，傳統(tǒng)的數(shù)字移相器主要由 PIN 開關(guān)二極管或鐵氧體器件實現(xiàn)。設(shè)計簡單易于實現(xiàn)，由于硬開關(guān)存在較大的開關(guān)損耗 ,限制了開關(guān)頻率的提高，且受移相控制電路的影響，移相角度控制精度不高，該類移相器的缺陷是移相精度較低,其移相位數(shù)一般小于7,難以直接滿足高精度相位控制和相位跟蹤的系統(tǒng)要求。在傳統(tǒng)的高精度相位控制設(shè)計中,通常要采用“虛位技術(shù)”來彌補這一不足 ,但其后果是造成相位控制電平的增高,對應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾性能極為不利。雖然直接數(shù)字頻率合成技術(shù)( direct digital synthesis,簡寫DDS)從相位的概念出發(fā)對信號進行合成, 采用了數(shù)字化結(jié)構(gòu), 具有精確的頻率和相位分辨力、快速頻率轉(zhuǎn)換時間等特點，可構(gòu)成高精度移相器件，但其要采用DDS芯片，或者采用DSP及FPGA芯片代替原來的傳統(tǒng)的單片機構(gòu)成的移相電路，以達到高精度移相的目的，但硬件成本過高，軟件調(diào)試復(fù)雜，每改變一次相移都要重新調(diào)整軟件，使用不方便，且受濾波器的限制，對高頻信號移相效果并不滿意。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種移相角度精度高、速度快 ,以及可以采用各種數(shù)字PID控制方法實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制的正弦波數(shù)字移相電路。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，包括兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器、兩ROM存儲器、兩連接有電阻R的運算放大電路構(gòu)成的跟隨器(跟隨器的放大倍數(shù)為1)、變壓器，90o相移電路，電阻R連接在運算放大電路的反相端與輸出端之間，需要移相的角度是n位二進制碼b₁ b₂ …b_i…b_n(b_i=0或1，i=1、2、3、……、n) 組成的數(shù)字角θ,設(shè)定n位二進制碼中的第i位的權(quán)重為a_i=180o/2^i-1，i=1、2、3、……、n，n位二進制碼b₁ b₂ …b_i…b_n中的第i位b_i如果是0，代表該第i位所表示的角度為零，如果該第i位b_i是1，代表該第i位所表示的角度為其權(quán)重即180o/2^i-1，數(shù)字角θ是n位二進制碼中所有b_i位是1對應(yīng)的權(quán)重之和，即θ=b_ia_i，其中一ROM存儲器分別存儲2ⁿ個數(shù)字角θ的余弦cosθ數(shù)據(jù) (m'位二進制碼)，另一ROM存儲器分別存儲2ⁿ個數(shù)字角θ的正弦sinθ數(shù)據(jù) (m'位二進制碼),數(shù)字角θ所對應(yīng)的n位二進制碼同時作為兩ROM存儲器的相應(yīng)的cosθ數(shù)據(jù)和sinθ數(shù)據(jù)的地址，兩ROM存儲器的輸出 (m'位二進制碼數(shù)字輸出) 分別與兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的其中相應(yīng)的數(shù)字輸入端相連, ROM存儲器的輸出位數(shù)與相連乘法型D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸入位數(shù)相對應(yīng)，與其中一ROM存儲器相連的其中一乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端V_R與被移相的模擬信號正弦波ksinωt (k為常系數(shù)) 相連，與另一ROM存儲器相連的另一乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端V_R與正弦波的余弦式kcosωt (ksinωt經(jīng)90o相移電路獲得) 相連, 兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分別經(jīng)連接有電阻R的運算放大電路構(gòu)成的跟隨器隔離驅(qū)動，被平衡輸入到變壓器初級，變壓器的次級輸出為移相后的正弦波輸出。

工作時，通過物理開關(guān) (如微電腦控制裝置等) 選擇n位二進制碼，確定需要移位的數(shù)字角θ，使兩ROM存儲器同時輸出cosθ和sinθ (輸出的cosθ和sinθ為m'位二進制碼的數(shù)字信息) 分別到兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器經(jīng)乘法型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信息，并分別與待移相正弦波的正弦式ksinωt模擬信號和正弦波的余弦式kcosωt模擬信號相乘，得到的模擬信號 (k'sinωtcosθ及k'cosωtsinθ，k'是轉(zhuǎn)換后的常系數(shù)) 分別經(jīng)運算放大電路構(gòu)成的跟隨器隔離驅(qū)動后，同時加入到變壓器初級的兩端，得k'sinωtcosθ-k'cosωtsinθ=k'sin(ωt-θ) 的正弦波形信號，即實現(xiàn)對正弦式ksinωt模擬信號的角移相。正弦波的余弦式kcosωt模擬信號由待移相正弦波通過90o相移電路后獲得。

本實用新型與已有技術(shù)相比，由于輸入及輸出均是同步的電子信息，而且，通過設(shè)置二進制碼n的位數(shù)，就能獲得所需精度的移相角度且覆蓋了所有的具有所需精度的角度，因此，具有移相角度精度高、速度快 ,以及可以采用各種數(shù)字PID控制方法實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細描述：

如圖所示，包括兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器、兩ROM存儲器、兩連接有電阻R的運算放大電路構(gòu)成的跟隨器(跟隨器的放大倍數(shù)為1)、變壓器，90o相移電路，電阻R連接在運算放大電路的反相端與輸出端之間，需要移相的角度是n位二進制碼b₁ b₂ …b_i…b_n(b_i=0或1，i=1、2、3、……、n) 組成的數(shù)字角θ,設(shè)定n位二進制碼中的第i位的權(quán)重為a_i=180o/2^i-1，i=1、2、3、……、n，n位二進制碼b₁ b₂ …_.b_i…b_n中的第i位b_i如果是0，代表該第i位所表示的角度為零，如果該第i位b_i是1，代表該第i位所表示的角度為其權(quán)重即180o/2^i-1，數(shù)字角θ是n位二進制碼中所有b_i位是1對應(yīng)的權(quán)重之和，即θ=b_ia_i，其中一ROM存儲器分別存儲2ⁿ個數(shù)字角θ的余弦cosθ數(shù)據(jù) (m'位二進制碼)，另一ROM存儲器分別存儲2ⁿ個數(shù)字角θ的正弦sinθ數(shù)據(jù) (m'位二進制碼),數(shù)字角θ所對應(yīng)的n位二進制碼同時作為兩ROM存儲器的相應(yīng)的cosθ數(shù)據(jù)和sinθ數(shù)據(jù)的地址，兩ROM存儲器的輸出 (m'位二進制碼數(shù)字輸出) 分別與兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的其中相應(yīng)的數(shù)字輸入端相連, ROM存儲器的輸出位數(shù)與相連乘法型D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸入位數(shù)相對應(yīng)，與其中一ROM存儲器相連的其中一乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端V_R與被移相的模擬信號正弦波ksinωt相連，與另一ROM存儲器相連的另一乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入端V_R與正弦波的余弦式kcosωt（ksinωt經(jīng)90o相移電路獲得）相連, 兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分別經(jīng)連接有電阻R的運算放大電路構(gòu)成的跟隨器隔離驅(qū)動，被平衡輸入到變壓器初級，變壓器的次級輸出為移相后的正弦波輸出。

工作時，通過物理開關(guān)（如微電腦控制裝置等）選擇n位二進制碼的數(shù)字角θ（如θ為0000101000，即n為10位，則表示相應(yīng)的角度θ=180o/2^5-1+180o/2^7-1=11.25°+2.8125°=14.0625°，同時0000101000又作為兩個ROM的地址；又如n位二進制碼的數(shù)字角θ為00000101000，即n為11位，則表示相應(yīng)的角度θ=180°/2^6-1+180°/2^8-1=5.625°+1.40625°=7.03125°），同時00000101000又作為兩個ROM的地址，使兩ROM存儲器同時輸出cosθ和sinθ（輸出的cosθ和sinθ為m'位二進制碼的數(shù)字信息）分別到兩乘法型D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)乘法型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信息，并分別與待移相正弦波的正弦式ksinωt模擬信號和正弦波的余弦式kcosωt模擬信號相乘，得到的模擬信號分別經(jīng)運算放大電路構(gòu)成的跟隨器隔離驅(qū)動后，分別同時加入到變壓器初級的兩端，從而獲得移相θ角的正弦波形信號。正弦波的余弦式kcosωt模擬由待移相正弦波通過90°相移電路后獲得。

以n=10為例，兩ROM存儲器每個所存儲的數(shù)據(jù)有10¹⁰=1024及相應(yīng)的10¹⁰=1024個二進制編碼形式的地址，如下表所示：

這里數(shù)字角θ可以根據(jù)需要的移相角度精度要求設(shè)定二進制碼n的位數(shù)，ROM₁存儲數(shù)字角θ對應(yīng)的的余弦 (即cosθ的m'位二進制碼的數(shù)字信息) 輸出到乘法型D/A轉(zhuǎn)換器1的轉(zhuǎn)換數(shù)字位輸入的位數(shù)與ROM₂存儲數(shù)字角θ對應(yīng)的正弦 (即sinθ的m'位二進制碼的數(shù)字信息) 輸出到乘法型D/A轉(zhuǎn)換器2的轉(zhuǎn)換數(shù)字位輸入的位數(shù)相同，并且其位數(shù)取決于cosθ和sinθ要求精度，存儲器輸出位數(shù)m'的選擇，取決于D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)的選擇，即也取決于測量精度要求，D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)越高，轉(zhuǎn)換測量就越高，這里可以取八位（精度為1.40625°）、十位（精度為0.3515625°）、十二位（精度為180°/4096）、十六位（精度為180°/65536）的D/A轉(zhuǎn)換器；依據(jù)選定的D/A轉(zhuǎn)換器確定ROM存儲器的位數(shù)。

此外，運算放大器A₁、A₂構(gòu)成的跟隨器放大倍數(shù)為1，運算放大器A₁、A₂參數(shù)要一致，兩電阻R要相等，且精度要優(yōu)于千分之一。變壓器要求超高磁導率，以確保移相精度。

具體使用時：

⒈依據(jù)移相精度的要求選擇八位、十位、十二位、十六位的D/A轉(zhuǎn)換器；

⒉依據(jù)選定的D/A轉(zhuǎn)換器確定數(shù)字角θ的二進制碼的位數(shù)；

⒊依據(jù)移相精度確定運算跟隨放大器及電阻R的的大小，且電阻R的其精度在千分之一以上；

⒋依原理圖連接電路并總調(diào)。

以n=10為例，最小移相角度為180°/2^10-1=0.3515625°，當數(shù)字角θ為0000101000時，則表示的角度θ=180°/2^5-1+180°/2^7-1=11.25°+2.8125°=14.0625°，同時0000101000又作為兩個ROM的地址，以此為例，進行移相的原理說明：

待移相正弦波的正弦式是：

ksinωt

待移相正弦波通過90°相移電路后獲得的正弦波的余弦式是：kcosωt

通過計算機或其它方法輸入0000101000，即需移相的角度θ為14.0625°，同時00000101000又作為兩個ROM的地址，

其中一乘法型D/A轉(zhuǎn)換器所獲得的結(jié)果是：

k'sinωt×cosθ= k'sinωtcosθ （1）

另一乘法型D/A轉(zhuǎn)換器所獲得的結(jié)果是：

k'cosωt×sinθ= k'cosωtsinθ （2）

經(jīng)運算放大電路增益后的模擬信號（1）、（2）分別同時加入到變壓器初級的兩端，次級輸出的結(jié)果是：

k'sinωtcosθ-k'cosωtsinθ= k'sin (ωt -θ) （3）

即實現(xiàn)移相θ=14.0625°。