淺談抖動(dòng)和定時(shí)功能分析FM信號(hào)方案
出處:力科公司 發(fā)布于:2011-08-23 17:47:05
抖動(dòng)的定義是"數(shù)字信號(hào)的各個(gè)有效瞬時(shí)對(duì)其當(dāng)時(shí)的理想位置的短期性偏離",這意味著抖動(dòng)是不希望有的數(shù)字信號(hào)的相位調(diào)制。相位偏離的頻率稱(chēng)為抖動(dòng)頻率,與抖動(dòng)有密切關(guān)系的第二個(gè)參數(shù)稱(chēng)為漂移,把它定義為"數(shù)字信號(hào)的各個(gè)有效瞬間相對(duì)其當(dāng)時(shí)的理想位置的長(zhǎng)期偏離".到目前為止,在抖動(dòng)和漂移之間的界限還沒(méi)有明確的定義,通常具有頻率低于1Hz至10Hz相位變化部分稱(chēng)為漂移。
配有抖動(dòng)和定時(shí)分析選項(xiàng)的力科WaveMaster系列示波器為從調(diào)頻(FM)信號(hào)中提取調(diào)制波形提供了理想的解決方案。可以從解調(diào)的波形中確定載波的頻率偏差、調(diào)制頻率和調(diào)制指數(shù)。
調(diào)頻無(wú)線(xiàn)技術(shù)的原理和收音機(jī)工作原理比較接近,使用的是FM(調(diào)頻)方式。不過(guò)收音機(jī)的調(diào)頻使用的是模擬信號(hào),相對(duì)而言失真比較明顯,采用調(diào)頻無(wú)線(xiàn)技術(shù)的音響多數(shù)使用數(shù)字方式。簡(jiǎn)單的說(shuō)是將模擬音頻信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),再將信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制并發(fā)射,接收端則使用同樣頻率接收,通過(guò)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),然后放大輸出到揚(yáng)聲器。載波是無(wú)線(xiàn)發(fā)射器的中心頻率,F(xiàn)M調(diào)制就是指用聲音信號(hào)對(duì)載波波形的頻率參數(shù)進(jìn)行控制,使載波信號(hào)帶有聲音信息。
調(diào)頻無(wú)線(xiàn)技術(shù)比較成熟,實(shí)現(xiàn)的成本比較低。其缺點(diǎn)是無(wú)線(xiàn)電波容易受到干擾,當(dāng)周?chē)蓄l率比較接近的無(wú)線(xiàn)電波時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的失真。為避免這種情況,音響的無(wú)線(xiàn)調(diào)頻載波頻率非常高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無(wú)線(xiàn)廣播的載波頻率,有些產(chǎn)品還可以手工設(shè)定數(shù)個(gè)不同載波頻率,以避免同類(lèi)設(shè)備之間的干擾。
是使用20 kHz正弦波調(diào)制和110 kHz偏差對(duì)10 MHz FM信號(hào)進(jìn)行分析獲得的結(jié)果。上方曲線(xiàn)(C2)是采集的調(diào)頻波形。我們使用指定電平頻率(freq@lv)的JTA2函數(shù)追蹤功能,獲得瞬時(shí)頻率隨時(shí)間變化的函數(shù),如曲線(xiàn)F1所示。可以清楚地看到正弦曲線(xiàn)調(diào)制。我們一直應(yīng)用平均,采用WaveMaster的雙數(shù)學(xué)函數(shù),改善信噪比。測(cè)量參數(shù)讀取中間頻率(P1)、峰到峰頻率范圍(P2)、調(diào)制頻率。參數(shù)P5使用參數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算,計(jì)算調(diào)制指數(shù)。這個(gè)函數(shù)用峰到峰頻率變化(P2)除以2倍的調(diào)制頻率(P4),得到兩者之比。
在這個(gè)波形中,下方的曲線(xiàn)F3是平均快速傅立葉變換(FFT)。在本例中,它擴(kuò)展了大約10 MHz載波,顯示了FM波形的邊帶結(jié)構(gòu),其中水平標(biāo)度系數(shù)是200 kHz/格,解析帶寬(f)是2 kHz.
曲線(xiàn)F2是時(shí)間間隔誤差(TIE)的追蹤函數(shù)。TIE函數(shù)比較越過(guò)波形門(mén)限的點(diǎn)與參考頻率,得到時(shí)間誤差對(duì)時(shí)間曲線(xiàn)。這個(gè)函數(shù)與采集的波形的瞬時(shí)相位成比例。
解調(diào)FM波形的另一種方法是測(cè)量信號(hào)相位相對(duì)于時(shí)間的變化,然后定標(biāo)并對(duì)相位求微分,得到頻率變化。說(shuō)明了這種方法。我們使用曲線(xiàn)F1中所示的時(shí)間間隔誤差(TIE)函數(shù)獲得瞬時(shí)相位。我們使用重新定標(biāo)數(shù)學(xué)函數(shù),從時(shí)間間隔誤差轉(zhuǎn)換成以弧度表示的相位。曲線(xiàn)F2中應(yīng)用了這個(gè)標(biāo)度系數(shù)。
使用指定電平頻率的追蹤圖和FFT分析FM信號(hào)。
現(xiàn)在可以對(duì)重新定標(biāo)的相位函數(shù)求微分,獲得瞬時(shí)頻率隨時(shí)間變化情況。這在F3中實(shí)現(xiàn)。我們還使用雙數(shù)學(xué)函數(shù),在一條曲線(xiàn)內(nèi)同時(shí)完成這兩種運(yùn)算。
曲線(xiàn)F3在曲線(xiàn)F4中重新定標(biāo),增加了標(biāo)稱(chēng)頻率(10 MHz),時(shí)間間隔分析中去掉了這個(gè)標(biāo)稱(chēng)頻率,重新定標(biāo)數(shù)據(jù),讀數(shù)單位變成了頻率。乘數(shù)常數(shù)是1/2π(0.159),相加常數(shù)是平均載頻。中的參數(shù)是中間TIE(P1)、峰到峰相位偏差(P2)、峰到峰頻率偏差(P3)、頻率(P4)、頻率(P5)和調(diào)制頻率(P6)。
第二種技術(shù)更適合在頻率偏差較小的波形上進(jìn)行FM分析。時(shí)間間隔誤差測(cè)量得到的信噪比通常要高于指定電平頻率追蹤函數(shù)。
力科數(shù)學(xué)示波器中提供的全功能數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程增強(qiáng)了JTA2功能,通過(guò)這一功能,用戶(hù)可以同時(shí)提取頻率和相位隨時(shí)間變化情況。這些功能為在示波器內(nèi)部進(jìn)行調(diào)制分析奠定了基礎(chǔ)。
– 使用時(shí)間間隔誤差追蹤函數(shù),導(dǎo)出調(diào)制波形。
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