如何使用相关技术测量相位差

如何使用相关技术测量相位差

测量两个周期信号之间的相位差通常需要采用诸如气象、计算和通信

等方面的科学技术。示波器提供了执行这种测量的快速简单方法。遗憾的是，

示波器的噪声、带宽和时间分辨率会限制其测量的精度。

示波器的采样率决定了其时间分辨率的大小。例如对于一个100MHz 的信号来说，相位上的1 度相当于时间上的27ps。很明显，对于1 度的相位测量精度，示波器的采样时间必须小于这个数值，因此采样率要求高于36GHz，这个数字已经超出了大多数示波器的指标范围。为了演示这种测量方法，我们选

用了Analog Arts 的SA985 USB 示波器，这种示波器具有100GHz 的采样率和1GHz 的带宽。你可以选用满足你应用时间要求的任何示波器开展这种测量。

就是有了合适的示波器，你也必须使用专门的技术才能获得精确的相位测量结果。

示波器的时间标线（人们经常用利萨茹曲线（对信号执行数学运算可以

增强相位测量性能。参考文献1、2 和3 中描写的技术就是这种运算操作的一

些例子。虽然每种方法可能适合某些应用，但测量结果还受到本文讨论范围之

外的其它多种因素影响。此外，这些技术大部分是针对正弦信号的。在诸如测

量FPGA 内部锁相环（PLL）产生的各种时钟相位性能等应用中，这些技术精度明显不高。

一种简单且精确的方法是对信号进行相关运算。相关运算是一种直接的

数学操作。有许多论文（参考文献4）对相关操作及其应用作过全面彻底的解释。由Aanlog Arts 公司开发的一种C#算法就是这种技术的一种实现。相关运算的一个关键优势在于能够发现大多数其它类型信号之间的相位差。这种技术

可以达到的精度主要受限于信号周期的相对精度和示波器的采样率。对于采样