CN105337913B - 一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法，先启动一次K值测量，如果测量出来的K值最大值或者最小值中有一个达到了最大幅度范围，则认为是压缩信号，进行压缩信号调整步骤，否则，进入直流偏置快速调整步骤。本发明利用直流偏置灵敏度估算方法，在测量过程中利用设置增益的灵敏度，自动自适应的快速调整直流偏置，提高效率的同时，解决了不同被测信号频率下经过正交锁相并增加增益后的信号调整问题；同时对压缩信号进行处理，不仅将调整后幅度最大值最小值的均值调整为零，同时确保正幅度时间与负幅度时间基本相同，从而保证了相位噪声测量时的准确度与灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及锁相环领域，特别涉及一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法。
背景技术
在数字锁相环鉴相方法测量电磁信号相位噪声时，被测源(DUT)输出信号与内部参考源经混频器正交鉴相，参考源和被测源的相位噪声经鉴相转换成噪声电压，通过滤波器滤除混频之后的和频分量以及射频和本振的泄露，经过可控增益的低噪声放大送往ADC采样，可控增益分为多个档位，以满足不同噪声指标信号源的测试需求；放大器设置增益越大测量灵敏度越高，对应测试的信号源越纯净。
但随着增益增大，低噪声信号会发生偏移，通过直流偏置对信号进行调整，同时，因为超出幅度范围的信号会发生压缩，即超出测量范围的信号会变成一个最大幅度的电平，从而使后续测量电流饱和，为得到更好的测量结果，需要将信号调整到平均幅度为零，并解决被压缩信号在调零后，确保正幅度时间与负幅度时间基本相同。
调整直流偏置的判断条件为测相位噪声时的幅度测量功能：K值测量，利用K值测量结果的最大值、最小值代表对应的幅度，调节要求为将K值测量的最大值与最小值的均值调整到符合指标要求的零偏区域内，当K值测量结果的最大值与最小值分别为测量范围的最大值最小值时，代表信号幅度过大，被压缩整理，需要确保整理后的信号，平均幅度为零且正幅度时间与负幅度时间基本相同。
现有技术方案主要分为以下两种：
1、校准数据法
对不同频率，进行校准测试，将被测源按一定步进，设置频率，通过对直流偏置档位与对应DAC的调整，通过K值测量，找到K值均值为零的情况，记录当前的直流偏置档位与对应的DAC；其后对每个增益档位重复上述步骤，并存储全部直流档位及DAC。在测量过程中，通过查找校准数据的方法，找到频点所在的直流档位与对应DAC，如不是校准频点，则需要利用线性差值计算出对应的档位与DAC，进行调整。
2、最小二乘法
在测量过程中，利用最小二乘法，对直流偏置DAC先粗调再细调，直到K值测量结果中，K值最小值与最大值的平均值为零的位置。
校准数据法对各个频率进行单独校准，同时对每档增益也需要进行校准，不同频率在不同增益下需要的偏置档位与DAC，利用差值算法，找到的直流偏置并不住准确，会影响最终相噪的测量精度。
最小二乘法只适用于一个档位用DAC进行调整，在多挡直流偏置进行调整，无法满足要求。当增益增大时，信号会发生压缩，虽然此方法可以调整到平均幅度为零的状态，但无法确保平均幅度为零且正幅度时间与负幅度时间基本相同。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提出了一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法，先启动一次K值测量，如果测量出来的K值最大值或者最小值中有一个达到了最大幅度范围，则认为是压缩信号，进行压缩信号调整步骤，否则，进入直流偏置快速调整步骤。
可选地，压缩信号调整步骤如下：
步骤11、将直流偏置档位调到最小记为Level1，DAC也调整到最小记为DAC1；
步骤12、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量记为ΔDAC；
步骤13、调整后档位Level1＝当前档位+(ΔDAC-DAC1)/3071；
步骤14、调整后DAC1＝ΔDAC+原DAC1+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤15、按调整后档位Level1与DAC设置直流偏置DAC1设置档位和偏置；
步骤16、测量K值，如果最大值最小均值按指标接近零，则继续执行步骤17，否则执行步骤12；
步骤17、记录调整后直流偏置档位Level1，调整后DAC值DAC1；
步骤18、将直流档位调到最大记为Level2，DAC也调整到最大记为DAC2；
步骤19、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量ΔDAC；
步骤110、调整后档位Level2＝当前档位+(ΔDAC-DAC2)/3071；
步骤111、调整后DAC2＝ΔDAC+原DAC2+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤112、按调整后档位与DAC设置直流偏置；
步骤113、测量K值，如果最大值最小均值按指标接近零，则调整结束，否则执行步骤18；
步骤114、记录调整后直流偏置档位Level2，调整后DAC值DAC2；
步骤115、将(Level1+Level2)/2向下取整后作为最终档位，设置到硬件；
步骤116、将(DAC1+DAC2)/2向下取整后作为最终DAC，设置到硬件。
可选地，直流偏置快速调整步骤具体包括直流偏置灵敏度测量步骤和偏置档位转化快速调整步骤。
可选地，直流偏置灵敏度测量步骤具体包括：
步骤21、将直流偏置档位调整到最小，DAC也调整到最小；
步骤22、不断的调整DAC，通过K值测量，直到K值结果的幅度最大值小于最大幅度的1/2，当DAC为最大值4095时，调高一个档位；
步骤23、分别测量当前DAC增加500和减小500时，K值结果的最大幅度值K1、K2；
步骤24、则灵敏度＝(K1-K2)/1000；
步骤25、存储当前增益灵敏度，并调整增益档位，重复步骤21～步骤24，直到测量并保存全部增益档位的直流偏置灵敏度。
可选地，步骤23中，如果DAC加减500时超过了0～4095范围时，整体平移适应范围。
可选地，偏置档位转化快速调整步骤具体如下：
步骤31、将当前档位与DAC配置到硬件板子，记为DAC1；
步骤32、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量记为DAC2；
步骤33、调整后档位＝当前档位+(nDAC2-DAC1)/3071；
步骤34、调整后DAC＝nDAC2+DAC1+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤35、按调整后档位与DAC设置直流偏置。
本发明的有益效果是：
(1)利用直流偏置灵敏度估算方法，在测量过程中利用设置增益的灵敏度，自动自适应的快速调整直流偏置，提高效率的同时，解决了不同被测信号频率下经过正交锁相并增加增益后的信号调整问题；
(2)同时对压缩信号进行处理，不仅将调整后幅度最大值最小值的均值调整为零，同时确保正幅度时间与负幅度时间基本相同，从而保证了相位噪声测量时的准确度与灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明采取直流偏置灵敏度测量、偏置档位与DAC转化快速调整、压缩信号调整相结合的技术方案，每次测量前快速自适应调整直流偏置及其DAC值，快速有效的调整直流偏置，确保调整后信号平均幅度为零，并解决被压缩信号在调零后，确保正幅度时间与负幅度时间基本相同，达到更好地相噪测量结果。
本发明的正交锁相环直流偏置自适应调整方法的流程关系如图1所示，先启动一次K值测量，如果测量出来的幅度K值最大值或者最小值中有一个达到了最大幅度范围，则认为是压缩信号，进行压缩信号调整步骤，否则，进入直流偏置快速调整步骤。
如果测量出来的幅度K值最大值或者最小值中有一个达到了最大幅度范围，则认为是压缩信号，压缩信号调整步骤具体如下：
步骤11、将直流偏置档位调到最小记为Level1，DAC也调整到最小记为DAC1；
步骤12、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量记为ΔDAC；
步骤13、调整后档位Level1＝当前档位+(ΔDAC-DAC1)/3071；
步骤14、调整后DAC1＝ΔDAC+原DAC1+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤15、按调整后档位Level1与DAC设置直流偏置DAC1设置档位和偏置；
步骤16、测量K值，如果最大值最小均值按指标接近零，则继续执行步骤17，否则执行步骤12；
步骤17、记录调整后直流偏置档位Level1，调整后DAC值DAC1；
步骤18、将直流档位调到最大记为Level2，DAC也调整到最大记为DAC2；
步骤19、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量ΔDAC；
步骤110、调整后档位Level2＝当前档位+(ΔDAC-DAC2)/3071；
步骤111、调整后DAC2＝ΔDAC+原DAC2+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤112、按调整后档位与DAC设置直流偏置；
步骤113、测量K值，如果最大值最小均值按指标接近零，则调整结束，否则执行步骤18；
步骤114、记录调整后直流偏置档位Level2，调整后DAC值DAC2；
步骤115、将(Level1+Level2)/2向下取整后作为最终档位，设置到硬件；
步骤116、将(DAC1+DAC2)/2向下取整后作为最终DAC，设置到硬件。
直流偏置快速调整步骤具体包括直流偏置灵敏度测量步骤和偏置档位转化快速调整步骤。
因对于不同的增益档位，直流偏置DAC的每个单位量对应可调整的幅度量并不相同，所以应对每个增益档位进行直流偏置测量，同时需要兼顾信号压缩的情况。直流偏置灵敏度测量步骤具体包括：
步骤21、将直流偏置档位调整到最小，DAC也调整到最小；
步骤22、不断的调整DAC，通过K值测量，直到K值结果的幅度最大值小于最大幅度的1/2，当DAC为最大值4095时，调高一个档位；
步骤23、分别测量当前DAC增加500和减小500时，K值结果的最大幅度值K1、K2；如果DAC加减500时超过了0～4095范围时，整体平移适应范围即可；
步骤24、则灵敏度＝(K1-K2)/1000；
步骤25、存储当前增益灵敏度，并调整增益档位，重复步骤1～步骤4，直到测量并保存全部增益档位的直流偏置灵敏度。
设计直流偏置以档位+DAC的形式，档位用于跨越式调整，DAC用于在档位内细调，设计每个档位的调节范围有重叠。在调整时，根据初始档位，自动生成每档的DAC对应范围，本发明每档DAC调节范围为0～4095，每个档位与相邻档位重合部分为512。偏置档位转化快速调整步骤具体如下：
步骤31、将当前档位与DAC(记为DAC1)配置到硬件板子；
步骤32、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量记为DAC2；
步骤33、调整后档位＝当前档位+(nDAC2-DAC1)/3071；
步骤34、调整后DAC＝nDAC2+DAC1+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤35、按调整后档位与DAC设置直流偏置。
对于未压缩信号，上述过程重复一到两次即可完成信号的调零。
本发明利用直流偏置灵敏度估算方法，在测量过程中利用设置增益的灵敏度，自动自适应的快速调整直流偏置，提高效率的同时，解决了不同被测信号频率下经过正交锁相并增加增益后的信号调整问题；同时对压缩信号进行处理，不仅将调整后幅度最大值最小值的均值调整为零，同时确保正幅度时间与负幅度时间基本相同，从而保证了相位噪声测量时的准确度与灵敏度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种正交锁相环直流偏置自适应调整方法，其特征在于，先启动一次K值测量，如果测量出来的K值最大值或者最小值中有一个达到了最大幅度范围，则认为是压缩信号，进行压缩信号调整步骤，否则，进入直流偏置快速调整步骤；
压缩信号调整步骤如下：
步骤11、将直流偏置档位调到最小记为Level1，DAC也调整到最小记为DAC1；
步骤12、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量记为ΔDAC；
步骤13、调整后档位Level1＝当前档位+(ΔDAC-DAC1)/3071；
步骤14、调整后DAC1＝ΔDAC+原DAC1+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤15、按调整后档位Level1与DAC设置直流偏置DAC1设置档位和偏置；
步骤16、测量K值，如果最大值最小均值按指标接近零，则继续执行步骤17，否则执行步骤12；
步骤17、记录调整后直流偏置档位Level1，调整后DAC值DAC1；
步骤18、将直流档位调到最大记为Level2，DAC也调整到最大记为DAC2；
步骤19、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量ΔDAC；
步骤110、调整后档位Level2＝当前档位+(ΔDAC-DAC2)/3071；
步骤111、调整后DAC2＝ΔDAC+原DAC2+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤112、按调整后档位与DAC设置直流偏置；
步骤113、测量K值，如果最大值最小均值按指标接近零，则调整结束，否则执行步骤18；
步骤114、记录调整后直流偏置档位Level2，调整后DAC值DAC2；
步骤115、将(Level1+Level2)/2向下取整后作为最终档位，设置到硬件；
步骤116、将(DAC1+DAC2)/2向下取整后作为最终DAC，设置到硬件；
直流偏置快速调整步骤具体包括直流偏置灵敏度测量步骤和偏置档位转化快速调整步骤；
直流偏置灵敏度测量步骤具体包括：
步骤21、将直流偏置档位调整到最小，DAC也调整到最小；
步骤22、不断的调整DAC，通过K值测量，直到K值结果的幅度最大值小于最大幅度的1/2，当DAC为最大值4095时，调高一个档位；
步骤23、分别测量当前DAC增加500和减小500时，K值结果的最大幅度值K1、K2；
步骤24、则灵敏度＝(K1-K2)/1000；
步骤25、存储当前增益灵敏度，并调整增益档位，重复步骤21～步骤24，直到测量并保存全部增益档位的直流偏置灵敏度；
偏置档位转化快速调整步骤具体如下：
步骤31、将当前档位与DAC配置到硬件板子，记为DAC1’；
步骤32、测量K值，根据K值最大值最小值的均值×当前增益灵敏度，得到DAC调整量记为nDAC2’；
步骤33、调整后档位＝当前档位+(nDAC2’-DAC1’)/3071；
步骤34、调整后DAC＝nDAC2’+DAC1’+3071×(调整后档位-当前档位)；
步骤35、按调整后档位与DAC设置直流偏置。
2.如权利要求1所述的正交锁相环直流偏置自适应调整方法，其特征在于，
步骤23中，如果DAC加减500时超过了0～4095范围时，整体平移适应范围。
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