第頁共頁基于AD9854的簡易頻率特性測試儀基于AD9854的簡易頻率特性測試儀【摘要】：^p：在雙端口網(wǎng)絡(luò)頻率特性測試儀的設(shè)計過程中，根據(jù)零中頻正交解調(diào)原理，采用數(shù)字直接頻率合成技術(shù)〔DDS〕專用的集成電路AD9854輸出兩路正交正弦信號，作為正交掃頻信號，以單片機(jī)MSP430F6638為控制核心，通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、放大器、模擬乘法器、低通濾波等外圍電路，可以對測試網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展點(diǎn)頻以及1MHz～40MHz頻率范圍內(nèi)掃頻等測量，并在320x240超大液晶屏上明晰地顯示被測雙端口網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性曲線，具有電壓增益、相移和頻率坐標(biāo)刻度，人機(jī)交互界面友好。【關(guān)鍵詞】：^p：DDS正交解調(diào)模擬乘法器濾波掃頻中圖分類號：TN98文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-9416〔2023〕09-0069-02掃頻測量在現(xiàn)代電子測量中占有重要的地位，運(yùn)用頻率特性測試儀可以動態(tài)地測量被測網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性。傳統(tǒng)的模擬掃頻儀大多是用LC電路構(gòu)成的掃頻振蕩器，其構(gòu)造復(fù)雜，價格昂貴，體積龐大，而且只能顯示幅頻特性曲線，不能得到相頻特性曲線，給使用者帶來諸多不便。目前，國內(nèi)外的頻率特性測試儀主要集中在射頻和高頻，中低頻的產(chǎn)品比擬少，而且價格相當(dāng)昂貴，因此，我們設(shè)計的頻率特性測試儀頻率范圍為1MHz～100MHz，幅度測量精度小于1dB，相位測量精度小于1度，可以在320x240超大液晶屏上明晰地顯示被測雙端口網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性曲線，并且具有電壓增益、相移和頻率坐標(biāo)刻度。1DDS技術(shù)及AD9854芯片簡介〔1〕DDS技術(shù)。DDS〔直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)〕是將波形數(shù)據(jù)先存儲，然后在頻率數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)脈沖的作用下通過相位累加器從存儲器中讀出波形數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波輸出。DDS技術(shù)具有頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率穩(wěn)定度高、相位噪聲低、相位分辨率高、輸出相位連續(xù)以及良好的調(diào)制特性等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)頻率范圍較大，但難以到達(dá)很小的頻率間隔，頻率轉(zhuǎn)換時間較長，達(dá)ms級，并且難以到達(dá)很小的頻率間隔，整個測試儀的反響速度就會很慢。因此采用DDS技術(shù)對信號電路進(jìn)展設(shè)計是一種較為適宜的方法。〔2〕AD9854芯片。芯片AD9854以DDS為核心，內(nèi)部集成了2個正交D/A變換器、1個高速比擬器，可以輸出I、Q兩路合成信號。在高穩(wěn)定度時鐘的驅(qū)動下，AD9854將產(chǎn)生一高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正弦和余弦信號，允許輸出的信號頻率高達(dá)150MHZ，而數(shù)字調(diào)制輸出頻率可達(dá)100MHZ。芯片內(nèi)置有各種控制字和狀態(tài)字存放器，用戶可通過并口或串口I/O與這些存放器通信。此外，AD9854具有良好的動態(tài)性能，在100MHz的輸出下，無寄生雜波動態(tài)范圍〔SFDR〕高達(dá)80dB。2系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)原理本系統(tǒng)根據(jù)零中頻正交解調(diào)原理，系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。步進(jìn)式掃描信號在頻率點(diǎn)時產(chǎn)生鼓勵電壓和正交基準(zhǔn)電壓，為設(shè)被測電路的轉(zhuǎn)移電壓比函數(shù)為那么穩(wěn)態(tài)響應(yīng)電壓為使乘法系數(shù)K，低通增益K’與U三者之積等于1，分別濾得和的直流分量為由這兩個值用下式計算即可得測量值2.2硬件設(shè)計〔1〕DDS電路。DDS電路是本系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路，根據(jù)AD9854的數(shù)據(jù)手冊，DVDD和AVDD分別為數(shù)字電和模擬電，分別通過磁珠接入5v電中。為了保證進(jìn)步系統(tǒng)的可靠性，降低電紋波的影響，在設(shè)計中參加假設(shè)干貼片封裝的10uF和0.1uF的電容進(jìn)展電濾波。在電流差分輸出端接入七階橢圓低通濾波電路，既可以將電流轉(zhuǎn)換為電流，又可以減少輸出信號的雜散分量。圖2即為七階橢圓低通濾波電路。〔2〕放大電路。DDS輸出的信號在320mV左右，為了使信號電壓的峰峰值≥1V，需要在DDS輸出信號后面接一級放大電路。放大電路采用同相放大，可以有效地將信號輸出信號與后級電路進(jìn)展隔離，同時進(jìn)步輸入阻抗并減小輸出阻抗。我們采用TI公司的運(yùn)算放大器OPA695，這款運(yùn)放的單位增益帶寬1500MHz〔典型值〕，輸入失調(diào)電壓±0.5mV，適用于高頻信號的放大。由于DDS輸出具有直流分量，為了濾除直流分量，在運(yùn)放輸出端接一個電容即可。電路如圖3。〔3〕模擬乘法器電路。AD835是一款完好的四象限電壓輸出模擬乘法器，它產(chǎn)生X和Y電壓輸入的線性乘積，-3dB輸出帶寬為250MHz。電路如圖4。〔4〕低通濾波電路。我們利用TI公司推出的'一款專用于濾波器設(shè)計的軟件——filterpro設(shè)計一個巴特沃斯型的截止頻率為10kHz的二階低通濾波器。電路如圖5。〔5〕ADC設(shè)計。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路功能是對含有輸入信號大小、幅度和相位差信息的模擬電壓信號進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)交給后續(xù)電路進(jìn)展數(shù)據(jù)處理。在綜合考慮速度和本錢等因素后，決定采用MSP430F6638內(nèi)部自帶的ADC。〔6〕被測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。為了方便檢測的系統(tǒng)的可靠性，我們設(shè)計了一個中心頻率為20MHZ、有載品質(zhì)因數(shù)為4的RLC網(wǎng)絡(luò)。由于RLC串聯(lián)電路的諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)，因此，我們設(shè)計了圖6的被測網(wǎng)絡(luò)。2.3軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件局部由單片機(jī)和DDS芯片AD9854組成，單片機(jī)主要完成人機(jī)交互局部的處理和系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)的處理。AD9854主要產(chǎn)生兩路正交正弦信號。設(shè)計中模塊化思想貫穿始終。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括主程序、中斷效勞子程序、鍵盤掃描子程序、字符顯示子程序、LCD清屏子程序和字母組合子程序等。主程序完成初始化任務(wù)，釋放P0端口和中斷，等待按鍵輸入。當(dāng)有按鍵按下時，調(diào)用掃描子程序，判斷LCD清屏、數(shù)字/字母鍵、大小寫轉(zhuǎn)換等，調(diào)用相應(yīng)功能子程序。為了克制按鍵抖動和LCD顯示不穩(wěn)定，采用延時程序進(jìn)展解決。相關(guān)的軟件設(shè)計流程圖如圖7所示。3誤差分析^p本系統(tǒng)的誤差來有以下幾點(diǎn)：〔1〕由于AD9854工作頻率較高，容易引入較大噪聲，因此需要注意電與地線的連接和外圍電路的空間擺放。為防止高頻干擾，要注意對高頻信號的輸入輸出進(jìn)展必要的阻抗匹配控制。〔2〕模擬乘法器的輸出漂移造成影響，這是硬件電路難以防止的。4結(jié)語本文通過對雙端口網(wǎng)絡(luò)頻率特性測試儀的設(shè)計，最終可以實(shí)現(xiàn)對測試網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展點(diǎn)頻以及1MHz～40MHz頻率范圍內(nèi)掃頻等測量，被測雙端口網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性曲線可以明晰地顯示在液晶屏上。該系統(tǒng)根本到達(dá)全數(shù)字化，大大地縮小了儀器的體積和重量，降低了本錢，而且系統(tǒng)提供了豐富的外圍接口，方便了用戶的使用。系統(tǒng)還有值得改良的地方，在對被測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展掃頻測量時，其步長變化規(guī)律在開場掃描前就已經(jīng)確定，不能根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展自適應(yīng)的調(diào)整，假如需要改變步長的變化規(guī)律，就需要重新修改程序，缺乏靈敏性和通用性。因此，可以考慮設(shè)計一種算法可以根據(jù)測量的實(shí)時數(shù)據(jù)，動態(tài)的改變掃頻步長，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)掃頻，進(jìn)步測量的速度和精度。【參考文獻(xiàn)】：^p[1]闞繼泰.用正交乘積法測量頻率特性[J]，