專利名稱：一種對多通道模數轉換信號的相位補償方法
技術領域：
本發明涉及一種對多通道模數轉換信號的相位補償方法，屬于混合信號處理技術 領域。
背景技術：
在多通道混合信號處理應用系統中，各通道信號之間的相位關系對處理結果影響 非常大。例如電力系統中，電壓、電流的相位關系是非常重要的電能指標；在多麥克風助聽 器系統中，各路麥克風輸入信號的相位關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用系統中，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，這就導致系統計算獲得的輸入各個通道信號相位 關系與輸入各個通道信號的真實相位關系不一致。因此，必須對輸入各個通道的信號進行 相位補償，保證系統計算獲得的輸入各個通道信號相位關系與輸入各個通道信號的真實相 位關系一致。目前常用的相位補償方法有兩種模擬相位補償通過調整電路板上各通道的電 阻-電容濾波網絡達到相位補償的目的；數字延時網絡使用移位寄存器鏈鎖存數模轉換 (以下簡稱ADC)結果，通過選擇移位寄存器鏈的輸出位置達到相位補償的目的。模擬相位 補償精度不夠，且需要調整系統硬件，不利于提高設備制造效率，已經逐漸退出應用領域； 數字延時網絡可以通過軟件配置的方式進行相位補償配置，能獲得較高的精度，是目前廣 泛使用的相位補償方法。圖1是一個典型采用數字延時網絡進行相位補償的雙輸入混合信號處理系統，模 擬信號Cl1和d2分別輸入第一通道和第二通道兩個通道，經過模數轉換變成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 數值值作為后續由積分器(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 號進行相位延時，從而實現相位調整。降采樣濾波器的微分器在時刻TpT2-Tk對積分器輸 出結果進行降采樣和微分得到數字信號S'2，送給后面的模塊進行進一步的數字 處理。從圖1可以看到，數字延時網絡的相位調整范圍與移位寄存器鏈的長度直接相 關，在需要較大相位補償范圍的應用中，必須付出很大的硬件代價，這成為限制數字延時網 絡方法應用的一個主要原因。
發明內容
本發明的目的是提出一種對多通道模數轉換信號的相位補償方法，以更小的代價 實現數字相位補償。通過分別配置各個通道降采樣濾波器的降采樣時刻，實現對輸入各個 通道信號的相位調整。本發明提出的對多通道模數轉換信號的相位補償方法，包括以下步驟
(1)設輸入多通道的模擬信號的頻率分別為F，模數轉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，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；經過通道傳輸后，輸入各通道的信號經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)對上述經相位延時后的信號ν' Jt)進行模數轉換，使模擬連續信號變為數 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，SiGO為對第i個通道信號的第k次采樣結果；(3)在上述各通道的數字離散信號中分別加入相位延時di，得到相位補償后的數 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個通道的數字離散信號加入 的相位延時Clm和dn應該滿足下面等式
K=W“、(V)
InF(4)根據上式(V)中相位延時《和《之間的關系，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。本發明提出的對多通道模數轉換信號的相位補償方法，其優點是1、已有技術中，使用數字延時網絡進行相位補償，需要大量的寄存器組成寄存器 鏈來滿足系統對相位補償范圍的要求，本發明利用降采樣濾波器的特性，通過配置降采樣 時刻來實現不同的相位延時，可以徹底省去寄存器鏈帶來的硬件開銷。2、使用本發明提出的對多通道數模轉換信號的相位補償方法，可以用極小的硬件 開銷代價實現與使用數字延時網絡的相位補償方法一樣相位調整范圍、相位調整精度以軟 件相位調整能力。
圖1是已有技術中使用數字延時網絡進行相位補償的雙通道混合信號處理系統 示意圖。圖2是使用本發明提出的相位補償方法的一個實施例，為雙通道混合信號處理系 統示意圖。
具體實施例方式本發明提出的對多通道模數轉換信號的相位補償方法，包括以下步驟(1)設輸入多通道的模擬信號的頻率分別為F，模數轉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，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；經過通道傳輸后，輸入各通道的信號經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)對上述經相位延時后的信號ν' Jt)進行模數轉換，使模擬連續信號變為數 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，SiGO為對第i個通道信號的第k次采樣結果；(3)在上述各通道的數字離散信號中分別加入相位延時Cli,得到相位補償后的數 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個通道的數字離散信號加入 的相位延時Clm和dn應該滿足下面等式 (V) (4)根據上式(V)中相位延時《和《之間的關系，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。下面結合本發明方法在電力系統中電能計量的一個應用實例，詳細介紹它的具體 實施方式，其信號處理系統如圖2所示。設信號頻率為F，模數轉換采樣頻率為fs，通道個數為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。經過模數轉換，模擬連續信號變為數字離散信號S1 (k)和S2 (k) 為了補償抵消各個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償，得到補償后的信號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 即可補償第一通道相位延時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。在電力系統中，電壓、電流信號的頻率F = 50Hz，假設第一通道，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，那么根據上面的推導，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償值 Cl1, d2間隔104個時鐘周期，即可補償通道間的相位差。作為對比，如果采用寄存器鏈，則需104個寄存器才能實現上述補償。可以看出采用本發明可以在幾乎不增加代價的前提下實現本需要很大代價才能 完成的相位調整功能。
權利要求
一種對多通道模數轉換信號的相位補償方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)設輸入多通道的模擬信號的頻率分別為F，模數轉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，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；經過通道傳輸后，輸入各通道的信號經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)對上述經相位延時后的信號v′i(t)進行模數轉換，使模擬連續信號變為數字離散信號Si(k)其中，k＝1，2，3......∞(III)上式(III)中，k為采樣次數，Si(k)為對第i個通道信號的第k次采樣結果；(3)在上述各通道的數字離散信號中分別加入相位延時di，得到相位補償后的數字離散信號S′i(k)上式(IV)中，在N個通道中的任意第m個通道和第n個通道的數字離散信號加入的相位延時dm和dn應該滿足下面等式 <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>δ</mi><mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>δ</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>πF</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(4)根據上式(V)中相位延時dm和dn之間的關系，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>δ</mi> <mi>m</mi></msub><msub> <mrow><mo>-</mo><mi>δ</mi> </mrow> <mi>n</mi></msub> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>πF</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
本發明涉及一種對多通道模數轉換信號的相位補償方法，屬于混合信號處理技術領域。輸入各個通道的原始信號，經過通道傳輸后，輸入各通道的信號經相位延時后得到相位延時信號，對相位延時信號進行模數轉換，得到數字離散信號，在數字離散信號中加入相位延時，通道中的任意兩個通道的數字離散信號加入的相位延時滿足下面等式根據該關系，分別配置各通道的降采樣濾波器的降采樣時刻。本發明的相位補償方法，用極小的硬件開銷代價，實現與使用數字延時網絡的相位補償方法一樣的相位調整范圍、相位調整精度以軟件相位調整能力。
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 優先權日2010年6月25日
發明者楊昆, 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