專利名稱：一種對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，屬于混合信號處理技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在多通道混合信號處理應(yīng)用系統(tǒng)中，各通道信號之間的相位關(guān)系對處理結(jié)果影響 非常大。例如電力系統(tǒng)中，電壓、電流的相位關(guān)系是非常重要的電能指標(biāo)；在多麥克風(fēng)助聽 器系統(tǒng)中，各路麥克風(fēng)輸入信號的相位關(guān)系對于噪聲消除和聲源定位意義重大。在多通道混合信號處理應(yīng)用系統(tǒng)中，由于器件制造偏差、電路板走線等各種原因， 各個通道對信號的相位延時不完全一致，這就導(dǎo)致系統(tǒng)計算獲得的輸入各個通道信號相位 關(guān)系與輸入各個通道信號的真實相位關(guān)系不一致。因此，必須對輸入各個通道的信號進(jìn)行 相位補(bǔ)償，保證系統(tǒng)計算獲得的輸入各個通道信號相位關(guān)系與輸入各個通道信號的真實相 位關(guān)系一致。目前常用的相位補(bǔ)償方法有兩種模擬相位補(bǔ)償通過調(diào)整電路板上各通道的電 阻-電容濾波網(wǎng)絡(luò)達(dá)到相位補(bǔ)償?shù)哪康?；?shù)字延時網(wǎng)絡(luò)使用移位寄存器鏈鎖存數(shù)模轉(zhuǎn)換 (以下簡稱ADC)結(jié)果，通過選擇移位寄存器鏈的輸出位置達(dá)到相位補(bǔ)償?shù)哪康?。模擬相位 補(bǔ)償精度不夠，且需要調(diào)整系統(tǒng)硬件，不利于提高設(shè)備制造效率，已經(jīng)逐漸退出應(yīng)用領(lǐng)域； 數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)可以通過軟件配置的方式進(jìn)行相位補(bǔ)償配置，能獲得較高的精度，是目前廣 泛使用的相位補(bǔ)償方法。圖1是一個典型采用數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)碾p輸入混合信號處理系統(tǒng)，模 擬信號Cl1和d2分別輸入第一通道和第二通道兩個通道，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成1比特(或者多 比特)碼流，碼流送入移位寄存器(圖中用D表示)鏈，通過選取寄存器鏈的某個寄存器的 數(shù)值值作為后續(xù)由積分器(圖中用ITG表示)和微分器(圖中用DIF表示)以及寄存器組 成的降采樣濾波器(圖中用CIC表示)模塊的輸入，可以對輸入第一通道和第二通道的信 號進(jìn)行相位延時，從而實現(xiàn)相位調(diào)整。降采樣濾波器的微分器在時刻TpT2-Tk對積分器輸 出結(jié)果進(jìn)行降采樣和微分得到數(shù)字信號S'2，送給后面的模塊進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字 處理。從圖1可以看到，數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)的相位調(diào)整范圍與移位寄存器鏈的長度直接相 關(guān)，在需要較大相位補(bǔ)償范圍的應(yīng)用中，必須付出很大的硬件代價，這成為限制數(shù)字延時網(wǎng) 絡(luò)方法應(yīng)用的一個主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，以更小的代價 實現(xiàn)數(shù)字相位補(bǔ)償。通過分別配置各個通道降采樣濾波器的降采樣時刻，實現(xiàn)對輸入各個 通道信號的相位調(diào)整。本發(fā)明提出的對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，包括以下步驟
(1)設(shè)輸入多通道的模擬信號的頻率分別為F，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率分別為fs，其 中輸入各個通道的原始信號Vi (t)分別為=+仍)’其中 i = 1，2· · · N-1，N(I)上式⑴中，N為通道的個數(shù)，Ai為第i個通道信號的幅度，t為時間，釣為輸入第 i個通道的原始信號的初始相位；經(jīng)過通道傳輸后，輸入各通道的信號經(jīng)相位延時后得到信號ν' At):
ν(0 = Ai oos{2nFt + φ + S1)(II)上式(II)中，δ i為第i個通道對輸入該通道信號Vi (t)的相位延時；(2)對上述經(jīng)相位延時后的信號ν' Jt)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使模擬連續(xù)信號變?yōu)閿?shù) 字離散信號Si (k)Si (k) = Ai cos(2^F — + φ,+S1),其 中，k = l，2，3......⑴
Js
(III)上式(III)中，k為采樣次數(shù)，SiGO為對第i個通道信號的第k次采樣結(jié)果；(3)在上述各通道的數(shù)字離散信號中分別加入相位延時di，得到相位補(bǔ)償后的數(shù) 字離散信號S' i(k):
S\(k) = A1 C0S(2^-F、k + di、+φ,+Si)(IY)
/ν上式(IV)中，在N個通道中的任意第m個通道和第η個通道的數(shù)字離散信號加入 的相位延時Clm和dn應(yīng)該滿足下面等式
K=W“、(V)
InF(4)根據(jù)上式(V)中相位延時《和《之間的關(guān)系，分別配置各通道的降采樣濾波 器的降采樣時刻，使得任意第m個通道和第η個通道的降采樣濾波器的降采樣時刻滿足下 面條件
d-d δ -δ
Tml -Tnx =Tm2-Tn2=... = Tmk -Tnk=-^~= ~(VI)
fs2πΡ上式(VI)中，Tm1, Tiv" Tmk為第m個通道的第1、第2···第k個降采樣時亥lj，Tn1, Tn2-Tnk為第η個通道的第1、第2…第k個降采樣時刻。本發(fā)明提出的對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，其優(yōu)點(diǎn)是1、已有技術(shù)中，使用數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位補(bǔ)償，需要大量的寄存器組成寄存器 鏈來滿足系統(tǒng)對相位補(bǔ)償范圍的要求，本發(fā)明利用降采樣濾波器的特性，通過配置降采樣 時刻來實現(xiàn)不同的相位延時，可以徹底省去寄存器鏈帶來的硬件開銷。2、使用本發(fā)明提出的對多通道數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，可以用極小的硬件 開銷代價實現(xiàn)與使用數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)的相位補(bǔ)償方法一樣相位調(diào)整范圍、相位調(diào)整精度以軟 件相位調(diào)整能力。


圖1是已有技術(shù)中使用數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)碾p通道混合信號處理系統(tǒng) 示意圖。圖2是使用本發(fā)明提出的相位補(bǔ)償方法的一個實施例，為雙通道混合信號處理系 統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，包括以下步驟(1)設(shè)輸入多通道的模擬信號的頻率分別為F，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率分別為fs，其 中輸入各個通道的原始信號Vi (t)分別為 上式(I)中，N為通道的個數(shù)，Ai為第i個通道信號的幅度，t為時間，仍為輸入第 i個通道的原始信號的初始相位；經(jīng)過通道傳輸后，輸入各通道的信號經(jīng)相位延時后得到信號ν' At):
(II)上式(II)中，δ i為第i個通道對輸入該通道信號Vi (t)的相位延時；(2)對上述經(jīng)相位延時后的信號ν' Jt)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使模擬連續(xù)信號變?yōu)閿?shù) 字離散信號Si (k)
k
+ 釣，其中，k= 1，2，3......(III)上式(III)中，k為采樣次數(shù)，SiGO為對第i個通道信號的第k次采樣結(jié)果；(3)在上述各通道的數(shù)字離散信號中分別加入相位延時Cli,得到相位補(bǔ)償后的數(shù) 字離散信號S' i(k): 上式(IV)中，在N個通道中的任意第m個通道和第η個通道的數(shù)字離散信號加入 的相位延時Clm和dn應(yīng)該滿足下面等式 (V) (4)根據(jù)上式(V)中相位延時《和《之間的關(guān)系，分別配置各通道的降采樣濾波 器的降采樣時刻，使得任意第m個通道和第η個通道的降采樣濾波器的降采樣時刻滿足下 面條件 上式(VI)中，Tm1, Tiv" Tmk為第m個通道的第1、第2…第k個降采樣時刻，Tn1, Tn2-Tnk為第η個通道的第1、第2…第k個降采樣時刻。下面結(jié)合本發(fā)明方法在電力系統(tǒng)中電能計量的一個應(yīng)用實例，詳細(xì)介紹它的具體 實施方式，其信號處理系統(tǒng)如圖2所示。設(shè)信號頻率為F，模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣頻率為fs，通道個數(shù)為2，輸入第一通道和第二通道 兩個通道的原始信號分別為V1 (0 = A1 cos{2nFt +釣)，電壓通道，輸入電壓值。V2 (O = A2 cos{2nFt + φ2),電流通道，輸入該電流反映在一個電阻上的電壓降。經(jīng)過不同的傳輸通道，輸入第一和第二兩個通道的信號被引入了不同的相位延 時， 其中S1, δ2就分別是第一、第二兩個通道分別對輸入各自通道信號Vl(t)和 V2(t)的相位延時。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，模擬連續(xù)信號變?yōu)閿?shù)字離散信號S1 (k)和S2 (k) 為了補(bǔ)償?shù)窒鱾€通道的相位延時帶來的兩個原始信號之間的相位偏差，需要在 A、B通道引入不同的相位補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的信號S' Jk)和S' 2(k) 要求 將第一通道的降采樣時刻和第二通道的降采樣時刻配置為 即可補(bǔ)償?shù)谝煌ǖ老辔谎訒r和第二通道相位延時帶來的輸入第一、第二通道信號的相位偏差。在電力系統(tǒng)中，電壓、電流信號的頻率F = 50Hz，假設(shè)第一通道，即電壓通道相位 延遲為0. 02，第二通道，即電流通道相位延遲為0. 01，那么根據(jù)上面的推導(dǎo)，電流電壓通道 的降采樣時刻之差 如果此時的采樣頻率仁為3. 2768MHz，帶入上式，則只需使二者降采樣時刻補(bǔ)償值 Cl1, d2間隔104個時鐘周期，即可補(bǔ)償通道間的相位差。作為對比，如果采用寄存器鏈，則需104個寄存器才能實現(xiàn)上述補(bǔ)償?？梢钥闯霾捎帽景l(fā)明可以在幾乎不增加代價的前提下實現(xiàn)本需要很大代價才能 完成的相位調(diào)整功能。
權(quán)利要求
一種對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)設(shè)輸入多通道的模擬信號的頻率分別為F，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率分別為fs，其中輸入各個通道的原始信號vi(t)分別為其中i＝1，2...N 1，N(I)上式(I)中，N為通道的個數(shù)，Ai為第i個通道信號的幅度，t為時間，為輸入第i個通道的原始信號的初始相位；經(jīng)過通道傳輸后，輸入各通道的信號經(jīng)相位延時后得到信號v′i(t)上式(II)中，δi為第i個通道對輸入該通道信號vi(t)的相位延時；(2)對上述經(jīng)相位延時后的信號v′i(t)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使模擬連續(xù)信號變?yōu)閿?shù)字離散信號Si(k)其中，k＝1，2，3......∞(III)上式(III)中，k為采樣次數(shù)，Si(k)為對第i個通道信號的第k次采樣結(jié)果；(3)在上述各通道的數(shù)字離散信號中分別加入相位延時di，得到相位補(bǔ)償后的數(shù)字離散信號S′i(k)上式(IV)中，在N個通道中的任意第m個通道和第n個通道的數(shù)字離散信號加入的相位延時dm和dn應(yīng)該滿足下面等式 <mrow><msub> <mi>d</mi> <mi>m</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>&delta;</mi><mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>&delta;</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>&pi;F</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4)根據(jù)上式(V)中相位延時dm和dn之間的關(guān)系，分別配置各通道的降采樣濾波器的降采樣時刻，使得任意第m個通道和第n個通道的降采樣濾波器的降采樣時刻滿足下面條件 <mrow><msub> <mi>Tm</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Tn</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>Tm</mi> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Tn</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>=</mo><msub> <mi>Tm</mi> <mi>k</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>Tn</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>d</mi> <mi>m</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>d</mi> <mi>n</mi></msub> </mrow> <msub><mi>f</mi><mi>s</mi> </msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>&delta;</mi> <mi>m</mi></msub><msub> <mrow><mo>-</mo><mi>&delta;</mi> </mrow> <mi>n</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>&pi;F</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>VI</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>上式(VI)中，Tm1，Tm2…Tmk為第m個通道的第1、第2…第k個降采樣時刻，Tn1，Tn2…Tnk為第n個通道的第1、第2…第k個降采樣時刻。FSA00000169653800011.tif,FSA00000169653800012.tif,FSA00000169653800013.tif,FSA00000169653800014.tif,FSA00000169653800015.tif
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的相位補(bǔ)償方法，屬于混合信號處理技術(shù)領(lǐng)域。輸入各個通道的原始信號，經(jīng)過通道傳輸后，輸入各通道的信號經(jīng)相位延時后得到相位延時信號，對相位延時信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字離散信號，在數(shù)字離散信號中加入相位延時，通道中的任意兩個通道的數(shù)字離散信號加入的相位延時滿足下面等式根據(jù)該關(guān)系，分別配置各通道的降采樣濾波器的降采樣時刻。本發(fā)明的相位補(bǔ)償方法，用極小的硬件開銷代價，實現(xiàn)與使用數(shù)字延時網(wǎng)絡(luò)的相位補(bǔ)償方法一樣的相位調(diào)整范圍、相位調(diào)整精度以軟件相位調(diào)整能力。
文檔編號H04L25/03GK101917362SQ20101021015
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者楊昆, 譚年熊, 趙巖, 門長有 申請人:杭州萬工科技有限公司;萬高(杭州)科技有限公司;北京萬工科技有限公司