Phương pháp dồn pha trong Oxilo PC

TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 74 - 2009<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> PHƢƠNG PHÁP DỒN PHA TRONG OXILO PC<br /> PHASE FLUSH METHOD IN OSCILLOCOPE PC<br /> <br /> Phạm Văn Bình Nguyễn Trường Thọ<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Công ty Active-semi<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo trình bày về phương pháp dồn pha được dùng trong một Oxilo PC để nâng cao khả<br /> năng khôi phục dạng tín hiệu cũng như đo đạc các tham số. Với phương pháp này không chỉ khôi<br /> phục được những tín hiệu có tần số thỏa mãn điều kiện Nyquist mà ngay cả những tín hiệu có tần số<br /> lớn hơn thậm chí lớn hơn nhiều lần tần số Nyquist. Bài gồm có 3 phần chính:<br /> 1. Đưa ra công thức toán học dùng để tính toán số lượng mẫu và số chu kỳ dùng để dồn, phụ thuộc<br /> vào sai số của tần số, mối tương quan giữa tần số tín hiệu và tần số lấy mẫu<br /> 2. Trình bày năm bước cơ bản của thuật toán dồn pha<br /> 3. Kết quả của phương pháp dồn pha trong ứng dụng một oxilo PC thực tế khi khôi phục tín hiệu có<br /> tần số lớn hơn tần số Nyquist, và các kết luận về thực hiện phương pháp dồn pha trong thực tế.<br /> ABSTRACT<br /> This article presents the phase flush method used in an oscilloscope PC for increasing ability of<br /> restoring signal, also of measuring parameters.<br /> With this method, we can restore signals whose frequencies satisfy the Nyquist conditions,<br /> including signals with frequency greater or much greater than the Nyquist frequency. The article<br /> consists of three main parts:<br /> 1. A mathematical formula to calculate quantity of samples and cycles to collect, depending on the<br /> errors of frequency and the correlation between signal frequency and sampling frequency.<br /> 2. 5 fundamental steps of the phase flush algorithm.<br /> 3. Results of the phase flush method in the application of a real oscilloscope PC to restore signal with<br /> frequency greater than the Nyquist frequency, and conclusions about implementing the method in<br /> practice.<br /> <br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ đề khi tần số của tín hiệu không ổn định cũng<br /> như tần số lấy mẫu gặp phải sai số. Khi số mẫu<br /> Bài báo [1] đã trình bày, phương pháp<br /> dồn của nhiều chu kỳ tín hiệu, việc dồn pha lúc<br /> dồn pha thực chất là việc đưa các mẫu ở các<br /> này có ảnh hưởng giống như việc điều chế góc<br /> chu kỳ khác nhau về cùng một chu kỳ với mục<br /> có độ di pha lớn, vì vậy độ sai lệch của tín hiệu<br /> đích là lấy thêm thông tin của tín hiệu, đặc biệt<br /> sẽ lớn (theo tài liệu [3]). Nên khi thực hiện thiết<br /> là trong vùng biến thiên nhanh. Trong trường<br /> kế oxilo PC (thiết bị hiển thị dạng và các thông<br /> hợp lý tưởng (tần số lấy mẫu và tần số tín hiệu<br /> số của tín hiệu có ghép nối với máy tính), việc<br /> không có sai số), với phương pháp này, việc đo<br /> thực hiện dồn pha, sẽ chỉ dồn những mẫu trong<br /> và hiển thị tín hiệu sẽ không bị hạn chế bởi mối<br /> một số khung phù hợp nhất định, mỗi khung<br /> tuơng quan giữa tần số tín hiệu và tần số lấy<br /> tương ứng với một chu kỳ thời gian của tín<br /> mẫu, và số chu kỳ tín hiệu dùng để dồn không<br /> hiệu. Để xác định số khung, số mẫu dồn ứng<br /> hạn chế. Điều này có nghĩa là với tần số lấy<br /> với một lượng sai số về tần số tín hiệu, trong<br /> mẫu thấp ta cũng có thể đo và hiển thị được<br /> phần II dưới đây sẽ đưa ra một công thức toán<br /> những tín hiệu có tần số rất lớn, mức độ giới<br /> học về mối tương quan giữa số lượng mẫu dùng<br /> hạn tần số đo được khi đó chỉ phụ thuộc mạch<br /> để dồn với mức sai số về tần số và mối tương<br /> đầu vào của bộ lấy mẫu.Tuy nhiên trong trường<br /> quan giữa tần số tín hiệu và tần số lấy mẫu.<br /> hợp thực tế phương pháp dồn pha gặp một vấn<br /> <br /> 84<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 74 - 2009<br /> <br /> Tiếp đó sẽ đưa ra các bước cần thực hiện trong Khỏang thời gian giữa 2 mẫu sau khi<br /> thuật toán dồn pha. Phần III sẽ đưa ra kết quả T<br /> sử dụng của phương pháp trong một oxilo PC dồn: .<br /> thực tế, và các kết luận khi sử dụng phương<br /> Nm<br /> pháp dồn pha trong thực tế. (Một số cơ sở toán Để khôi phục chính xác tín hiệu sau<br /> học và lý thuyết có thể tham khảo [2], [4]) khi dồn các mẫu, thì sai số vị trí gặp phải<br /> II. THUẬT TOÁN DỒN PHA TRONG sau khi dồn phải thỏa mãn điều kiện:<br /> TRƢỜNG HỢP THỰC TẾ<br /> T<br /> 2.1. Sự phụ thuộc số mẫu dồn với sai số tần SN f <br /> số và mối tƣơng quan giữa tần số lấy mẫu và<br /> 2Nm<br /> tần số tín hiệu a T<br />  TN m T lm  (1)<br /> Để xác định số khung và số mẫu dồn khi có 50 T 2Nm<br /> sai số tần số, gọi sai số của tần số tín hiệu là<br /> 25 F lm<br /> a%, tần số tín hiệu Fth (khi không có sai số, lý  Nm <br /> a F th<br /> tưởng), Fth' là tần số tín hiệu thực tế (khi có sai<br /> số), T là chu kỳ của tín hiệu khi không có sai Từ biểu thức (1) ta có nhận xét:thấy<br /> số (lý tưởng), T ' là chu kỳ của tín hiệu khi có<br /> rằng số mẫu dùng để dồn sẽ tỷ lệ nghịch với<br /> sai số (thực tế), ta có: F<br /> sai số và tỷ lệ thuận với tỷ số lm . Điều đó<br /> Fth<br />  a <br /> Fth'  Fth 1   có nghĩa là, khi sai số của tần số tín hiệu<br />  100  càng lớn thì số mẫu dùng để dồn càng nhỏ<br /> 1 1 100 và số mẫu dùng để dồn sẽ càng lớn khi tần<br /> T'   T<br /> Fth  a  100  a số lấy mẫu càng lớn hơn so với tần số tín<br /> Fth 1   hiệu. Khi số mẫu có được sau khi dồn càng<br />  100 <br /> lớn thì tín hiệu khôi phục càng chính xác.<br /> S là sai số lớn nhất giữa hai chu kỳ cạnh Trên hình 1 thể hiện sự phụ thuộc của số<br /> nhau : mẫu dùng để dồn, tỷ số giữa tần số lấy mẫu<br />   100   100  và tần số tín hiệu, và sai số tần số tín hiệu<br /> S = max  T   1 , T   1  Fth'<br />   100 - a   100 + a   a(%)= % .<br /> Fth<br />   a   a <br /> = max  T   ,T  <br />   100 - a   100 + a  <br /> 200a 200a<br /> =T =T<br /> 100  a 100  a  1002  a 2<br /> 200a a<br /> Do a