差分运放测量正弦波电压,频率变化造成FFT测量不准确

xfdr · 发表于 2020-4-13 11:58:40

如图所示,因为功放输出端的电压最高会到110V,电压衰减100倍,测量是用FFT 50K的采样率,采集1024个点,电压已偏置到1.65V
在实验中发现,单点频率比如100Hz 1KHz 10Khz 经过FFT测量后,电压经过系统校正,也可以接受0.02V,,频率在任何时候都没问题,千分之一误差,
但是当输入电压不变时,改变频率,比如从1K慢慢增加到10K,FFT计算出来的电压会忽高忽低,变动幅度很大,有好几V的误差,测量图示位置的电压,会跟随频率变化而降低
程序应该没问题,已经验证过了,把信号发生器接上测量,结果很准确,频率变化基本没什么影响,所以应该还是模拟电路这一块问题
请教大家,这个问题该如何解决? 有没有更好的解决方案呢?谢谢!

两种电路结果一样

shhludb · 发表于 2020-4-13 12:11:23

074主要是jfet输入，低噪声吧，换高带宽，高速，差分运放看看

xjmlfm1 · 发表于 2020-4-13 13:13:06

楼主，做FFT计算的前提了解一下
交流采集时，是需要跟频的。

xfdr · 发表于 2020-4-13 13:18:11

shhludb 发表于 2020-4-13 12:11
074主要是jfet输入，低噪声吧，换高带宽，高速，差分运放看看

对于这音频信号,这个运放应该没问题吧换了一个OPA4134 带宽8M的高速音频专用运放,竟然发热,供电是土15V,不应该啊

xfdr · 发表于 2020-4-13 13:21:36

本帖最后由 xfdr 于 2020-4-13 13:30 编辑

xjmlfm1 发表于 2020-4-13 13:13
楼主，做FFT计算的前提了解一下
交流采集时，是需要跟频的。

这个还真不知道啊,我感觉是硬件电路出了问题,我用信号发生器接入测试就结果挻准的但是接入差分电路衰减后,频率不变,测量时电压没问题,但更改频率,测量就不准确了,FFT模值换算电压时那个系数就不准了

xfdr · 发表于 2020-4-13 13:35:11

补充图片: 只有CH4有信号输入

chenchaoting · 发表于 2020-4-13 13:40:23

xfdr 发表于 2020-4-13 13:21
这个还真不知道啊,我感觉是硬件电路出了问题,我用信号发生器接入测试就结果挻准的但是接入差分电路衰减 ...

也就是说，你采样要是信号的整个周期。否则就是会有很大误差。

dellric · 发表于 2020-4-13 14:02:34

不是模拟电路的问题，是FFT本身的问题，请找关键词: FFT 栅栏效应频谱泄露

xfdr · 发表于 2020-4-13 14:38:25

chenchaoting 发表于 2020-4-13 13:40
也就是说，你采样要是信号的整个周期。否则就是会有很大误差。

谢谢,我修改程序测试一下

xfdr · 发表于 2020-4-13 14:39:38

dellric 发表于 2020-4-13 14:02
不是模拟电路的问题，是FFT本身的问题，请找关键词: FFT 栅栏效应频谱泄露

谢谢,硬件没问题就行,我在软件上再修改一下看看

xfdr · 发表于 2020-4-13 16:21:14

chenchaoting 发表于 2020-4-13 13:40
也就是说，你采样要是信号的整个周期。否则就是会有很大误差。

我加了过零采样,但是感觉效果不大啊,FFT 开窗用的Hammin 为什么箭头处的电压会跟着频率变化呢,应该不变才对啊?,频率越高,输出越小

DOER · 发表于 2020-4-13 21:20:13

示波器看波形了吗？输入信号有没有超运放的共模抑制能力？

again · 发表于 2020-4-13 21:30:10

非整数倍请问你取哪个谱线算的幅值？需要校准的方法很多，如果你知道信号频率简单处理增加点数逼近整数倍然后DFT

reflecter · 发表于 2020-4-13 21:38:14

ADE9078/ADE9000，了解一下呢；干嘛要自己分立搭呢，国产的那两家表计量AFE，性价比也是超高的。。。

xfdr · 发表于 2020-4-14 08:45:18

DOER 发表于 2020-4-13 21:20
示波器看波形了吗？输入信号有没有超运放的共模抑制能力？

这个运放共模抵制电压最低有正负11V,分压电路取1%信号,所以即使Vpp<=330V以内有效值大约117V吧, 共模电压都是安全的

xfdr · 发表于 2020-4-14 08:50:18

again 发表于 2020-4-13 21:30
非整数倍请问你取哪个谱线算的幅值？需要校准的方法很多，如果你知道信号频率简单处理增加点数逼近整数倍然 ...

我就是简单校下一下,输入电压1K 10V,然后FFT运算幅值出来后,再算出系数,这样的系数,在频率不变的情况下,输入电压还是比较准确的,频率变化就不行了,会随频率的变化而波动,就是在正确电压附近波动.应该就是上面坛友说的频谱泄漏问题,但是还没解决

dianyuan · 发表于 2020-4-14 08:51:56

应该是运放选型不对，换个宽带运放

xfdr · 发表于 2020-4-14 08:52:01

reflecter 发表于 2020-4-13 21:38
ADE9078/ADE9000，了解一下呢；干嘛要自己分立搭呢，国产的那两家表计量AFE，性价比也是超高的。。。 ...

计量芯片频率范围不满足,我需要测量20-20K,0-120V的正弦电压,我大概看了几个芯片,采样2K以内吧,毕竟市电大多是50HZ的信号

xfdr · 发表于 2020-4-14 08:55:36

dianyuan 发表于 2020-4-14 08:51
应该是运放选型不对，换个宽带运放

目前我手里有TL074,TL084,有几个OPA4134音频专用运放,带宽8M的,装上竟然发热,供电正负15V,它的电压范围是正负18V,不应该发热才对

xfdr · 发表于 2020-4-14 15:41:45

本帖最后由 xfdr 于 2020-4-14 15:52 编辑

用示波器查看波形幅度并没有跟着频率改变，fft测量用的103c8t6 采样点数最多1024，已经提高不了了，内存已经不够了，试了几种窗口函数，内存限制窗口宽度也加不了了，准备换个内存大的再测试
平移后:

未平移:

ndk · 发表于 2020-4-14 15:48:58

普通运放能当差分运放用吗？

xfdr · 发表于 2020-4-14 15:53:31

ndk 发表于 2020-4-14 15:48
普通运放能当差分运放用吗？

可以啊, TL072,功放上大量使用,这个带宽好像是120K左右

527610bian · 发表于 2020-4-26 07:53:51

楼主，有相关FFT算法的资料能够提供一下吗？？非常感谢！！！！！

PaulDE · 发表于 2020-4-26 09:00:30

8楼已经给足提示了。
实际上你要测准单点频率f的信号强度，做FFT的点数长度N应该满足 N=M*(Fs/f)，其中Fs是采样率，M，N为整数。若使用基2的FFT，那N还要满足N=2^P，P也是整数。要是你的测量不是定频的，那这些数无论怎么取都无法让所有频率下都得到准确值的。可以尽量增大N以提高频率分辨率。或者换其他的计算方式。

xfdr · 发表于 2020-4-28 17:00:09

PaulDE 发表于 2020-4-26 09:00
8楼已经给足提示了。
实际上你要测准单点频率f的信号强度，做FFT的点数长度N应该满足 N=M*(Fs/f)，其中Fs是 ...

现在就是单频测的比较准，全频范围不行，目前是先校准了几个常用的点，测试结果也还可以

天使之翼 · 发表于 2020-5-15 06:56:59

信号带宽影响，最近测试信号就遇到类似问题。

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