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同步源和PLL源在功率分析儀中的作用

2015-07-09
作者:周立功致遠電子

  使用功率分析儀測量數據時,要選擇合適的同步源,如果同步源設定不當,測量值有可能不穩定或出現錯誤,諧波測量模式還要選擇合適的PLL源,不少客戶經常提出疑惑,同步源和PLL源有什么異同,他們的作用是什么?

  為了能精確的計算功率等測量值,需要從采樣數據中按完整的信號周期截取數據,而原始的采樣信號有電壓和電流兩種,由于電壓和電流的信號周期不可能完全一樣,所以無論選擇電壓信號周期作為截取依據,還是選擇電流信號周期作為截取依據,都無法完美的截取完整的信號周期,怎么辦呢?從電壓電流中選擇畸變小、輸入電平和頻率都穩定的信號作為截取依據,這樣的信號容易測出信號周期,從而計算出的功率等測量值也肯定是相對好的,那么作為截取依據的這個信號我們就稱為同步源。由此可以得出選擇同步源的依據,即選擇畸變小,頻率穩定的輸入信號作為同步源。

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  當被測對象是變頻器,其電流波形的畸變相比電壓波形較小時,請選擇電流信號作為同步源。

  在功率分析儀PA6000中,常規測量模式只需要設置同步源,不需要設置PLL源的,只有在諧波模式和IEC諧波模式下才需要設置PLL源。為什么要在測量諧波時引入PLL源呢?諧波測量的核心是時域到頻域的轉換。離散傅里葉變換(DFT)是對數字信號進行時域到頻域轉換,而高效進行DFT的方法就是快速傅里葉變換(FFT),PA6000就是使用FFT的方法來實現諧波測量的。

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  FFT算法中有一個假設,假設離散時間序列可以精確地在整個時域進行周期延拓,所有包含該離散時間序列的信號為周期函數,周期與時間序列的長度相關。然而如果時間序列的長度不是信號周期的整數倍,假設條件是不成立的,就會產生頻譜泄漏。對信號做FFT分析時,如果采樣頻率固定不變,由于被采樣信號自身頻率的微小變化以及干擾因素的影響,就會使采集數據不是信號周期的整數倍,此時就會產生頻譜泄露。

  PLL鎖相環是一種反饋電路,其作用是使得電路上的時鐘和某一外部時鐘的相位同步。PLL通過比較外部信號的相位和由壓控晶振(VCXO)的相位來實現同步的,在比較的過程中,鎖相環電路會不斷根據外部信號的相位來調整本地晶振的時鐘相位,直到兩個信號的相位同步。PA6000通過引入PLL硬件,使采樣頻率和信號頻率同步,然后通過倍頻保持采樣頻率是信號頻率的整數倍,保證采集數據正好是信號周期的整數倍,從而消除頻譜泄露。如何選擇PLL源呢,由選擇同步源的原理可知,當然選擇畸變小,頻率穩定的輸入信號作為PLL源!

  相比PA6000,周立功致遠電子最新的PA5000功率分析已經支持雙PLL源了,用戶可以為不同的測量通道選擇不同的PLL源。

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                                         圖 1 設置PLL源

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                                        圖 2 設置測量通道使用的PLL源


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