数字控制幅频特性测试仪的技术研究

2013-08-29 14:03:11来源: 电子技术
0 引言
   
电子测量中,我们经常会遇到对网络的阻抗和传输特性的测量。幅频特性就是重要的传输特性之一,它也是各种电路系统及电子仪器的重要性能指标,是一个网络性能最直观的反映。幅频特性测试仪被广泛应用于电子工程等领域,尤其是模拟和高频、射频电子线路中。
    传统的幅频特性测试仪大多是用LC电路构成的扫频振荡器,其结构复杂、体积庞大、价格昂贵、功能单一、操作不便、性价比较低。其方法是在一系列规定的频率点上,逐点测量网络增益,从而确定幅频特性曲线。用这种方法得到的幅频特性曲线比较精确,但其缺点是操作繁琐、工作量大、容易漏测某些细节,不能反映出被测网络的动态特性。而现有的幅频特性测试仪也不能很好地满足用户的需求,要么存在设备体积大、易有故障、并且操作复杂等缺点,难以满足尤其是现场自动测试的要求,要么就是结构复杂、价格昂贵、维护困难。因此,对于数字化、智能化、高性能幅频特性测试仪的需求量日益增大,基于此原因本文设计了基于ARM的数字幅频特性测试系统。

1 系统方案实现
   
传统的数字幅频特性测量仪是通过测量频率得到正弦信号的峰峰值,然后通过计算得到幅度。这样为了保证A/D采样的精度,一般在进入A/D采样之前,需要对被测信号进行幅度调理,确保被测峰峰值在A/D采样的电压范围内。另外,进入A/D进行采样的信号必须满足抽样定理,即fs≥2fi,所以在进入A/D采样之前必须用低通滤波器对其滤波,以防止频谱混叠而影响测量结果。此方案具有抗干扰能力强、设计灵活、精度高等优点,但调试困难,A/D采样困难且计算量大,增加了软件难度。由于预先不知道被测网络的频响特性,故扫频信号通过被测网络后可能发生很多种未知的变化,本文采用集成真有效值变换芯片,直接输出被测信号的真有效值。这样可以实现对任意波形的有效值测量。系统框图如图1所示。

a.JPG



2 系统的硬件电路设计和软件编写
2.1 供电电路设计
   
根据系统性能的要求,需要设计±5V和+3.3V的直流稳压电源,而且要求电源的纹波应尽量的小,以减少对输出信号的干扰。电源采用桥式全波整流、大电容滤波和三端稳压器件稳压的方法产生±5V和+3.3V直流电压,固定输出的三端稳压芯片为LM7805和LM7905。稳压管的输出通过电容和电感滤波;数字部分与模拟部分用电感隔离,这样就可以得到纹波系数很小的直流电压,其中±5V供电具体电路如图2所示。

b.JPG


2.2 扫频信号电路设计
   
扫频信号源在频率特性测试仪中有着重要的地位,它的各项性能指标直接关系到整个测试系统所能达到的性能要求。其扫频信号的中心频率都应当是被测网络通频带的中心频率,扫频宽度应稍大于被测网络的带宽。为此要求扫频信号源的中心频率及扫频宽度均可独立调节。而具有高集成度的DDS芯片AD9851内部包含高速、高性能D/A转换器及高速比较器,可作为全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。外接精密时钟源时,AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好的模拟正弦波,这个正弦波能够直接作为基准信号源。AD9851可直接与STM32接口,通过程序来进行控制。实际电路中,AD9851采用高速并行接口工作方式,STM32利用并行方式对AD9851进行控制,其频率和相位控制字直接写入数据输入寄存器中。AD9851芯片采用±5V供电,外部时钟采用30MHz晶体,内部寄存器控制6倍频,信号输出为恒流源。RSET引脚用来配置其内部D/A转换器的满度输出电流值。从AD9851的数据手册中可知,DAC满幅输出电流为Iout=39.93/   Rset。

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关键字:幅频特性  频率合成  真有效值  模数转换

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0829/article_7735.html
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