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DDS芯片AD9854远程频幅特性测试仪电路设计

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ID:428427 发表于 2019-7-1 11:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
本系统以AD9854数字合成器为核心,外加宽带放大器OPA695和增益可控放大器VCA824和乘法器AD835以及带有WIFI模块的STC15单片机控制板的配合,实现了远程幅频特性测试装置。系统主要由5个模块构成:信号源模块、可控增益放大电路、频幅特性测试电路、单片机显示控制模块、WIFI模块。可控增益放大电路由VCA820构成,可实现40dB的增益调节范围;OPA695固定增益放大电路用于前级小信号放大,提高信噪比。后级OPA695电压跟随输出,提升放大器的带负载能力。为解决宽带放大器自激问题及减小输出噪声,本系统采用多种形式的抗干扰措施,抑制噪声,改善放大器的稳定性。

  • 系统方案的选择和描述

1.1 信号源模块的论证与选择

方案一:采用DDS芯片直接合成信号输出在高稳定度时钟的驱动下,AD9854将产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号,作为本振用于通信,雷达等方面。

方案二: 采用MC1648和ADF4001构成的所相环路

ADF4001芯片是ADI公司生产的内部集成了数字鉴频鉴相器和编程预分频器的PLL芯片,其最高工作频率可达200MHZ,集成度高,只需外接一个环路滤波器和VCO即可完成一个完整的锁相环系统,VCO选择MC1648。

方案选择:方案二虽然输出频率很高,但让其输出低频不易,题目要求信号源电压10毫伏到100毫伏可调,还需加上增益控制电路。

方案一只需一块DDS芯片及一些外围电阻电容便可输出1—40Mhz的高频率稳定度的信号,控制简单,电压通过编程可调节。综合考虑,选择方案一。

器件选择:
前级放大器:前级放大器选取TI公司的opa695,其增益带宽积较高,带内平坦度高。

VCO模块: 考虑到VCA82X系列,比较其0.1db带宽,VCA821更便于调节,但是不易购买,故选择同系列的VCA820,由于单片的控制范围为40db,满足题目要求。

二、理论分析与计算
2.1信号发生器电路设计

                        图1   信号源电路原理图

2.2 放大器设计
可控增益放大电路由VCA820构成,可实现40dB的增益调节范围通过单片机控制DA调整压控放大器的增益,实现0db到40db以上的增益调节范围。


                  可控增益放大电路原理图
2.3 频率特性测试仪器

    本设计中控制电路采用单片机为控制核心,控制DDS芯片AD9854,通过键盘实现增益和频率预置,同时将预置结果送LCD显示。根据预置的增益数控制12位D/A芯片TLV5638输出对应的电压控制VCA820的放大增益,通过AD835乘法器以及滤波电路实现贫富特性检测,同时使用WIFI模块将幅频特性曲线显示在电脑上。

三、电路与程序设计
3.1电路设计
如下图,如图四,为前级放大电路图,由图可得Vo=(R2+R1)/R1,
代入数值,得Vo=7.5Vi。


                          前级放大电路电路图

如下图,为增益可控放大电路,电阻R7和R11设定VCA820的最大增益。通过控制2引脚口的电压,改变其放大倍数,后级通过OPA695电压跟随输出。

增益可控放大电路电路图

如下图,为幅频特性测试装置,两路信号通过AD835模拟乘法器相乘,经过低通滤波,经过OP07将直流信号放大输出。

                    幅频特性测试装置电路图

3.2  程序设计
两种模式,一种设手动设置频率模式,将频率设置在一个固定的值输出,另一种为扫频模式,步进1MHZ,可以设置扫频时间间隔,可以设置幅度。
通过按键来控制AD9854的输出频频率及幅度,并且能在LCD显示屏显示出频率和幅度。
单片机控制AD采样频率特性曲线,通过WIFI发送到电脑上显示。

四、测试方案与测试结果

4.1  测试方案及测试条件
测试方案:接电源供各个模块工作,用示波器测试信号源输出,记录电压幅值,带宽并记录。用示波器接后级运放输出,调节VCA820放大倍数,用示波器测量并记录电压幅值,带宽。
测试工具:     泰克(TEKTRONIX)混合信号示波器 MSO4140B
泰克(TEKTRONIX)函数信号发生器 AFG3102C
茂迪(MOTECH)数控式线性直流稳压电源LPS-305
麦创(MATRIX)直流稳压电源 MPS-3003L-3
台湾富贵(ESCORT)台式万用表 3136A
按基本要求一进行测试,由ad9854为核心芯片制作的信号源输出的信号完全满足题意,并且用stc15单片机对其进行编程可实现步进1Mhz进行扫频。
按基本要求二进行测试,OPA695进行对信号源发出信号前级放大,VCA820程控增益,改变其放大倍数,后级通过OPA695电压跟随输出。带宽达到要求,且增益连续可调,负载电阻为600欧姆是,输出电压峰峰值可达1V,波形无明显失真。
按基本要求三进行测试,在示波器上测试,幅频特性良好,无明显失真。
按发挥部分一进行测试,系统输入5V电压,放大器在负载电阻为600欧姆是,输出电压有效值为1V,且波形无明显失真,满足要求。
按发挥部分二进行测试,测得用双绞线传输信号时,线间电容大,传输高频信号,会引发失真现象。
按发挥部分三进行测试,无法使用,不满足要求。
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按基本要求一进行测试,由ad9854为核心芯片制作的信号源输出的信号完全满足题意,并且用stc15单片机对其进行编程可实现步进1Mhz进行扫频。
按基本要求二进行测试,OPA695进行对信号源发出信号前级放大,VCA820程控增益,改变其放大倍数,后级通过OPA695电压跟随输出。带宽达到要求,且增益连续可调,负载电阻为600欧姆是,输出电压峰峰值可达1V,波形无明显失真。
按基本要求三进行测试,在示波器上测试,幅频特性良好,无明显失真。
按发挥部分一进行测试,系统输入5V电压,放大器在负载电阻为600欧姆是,输出电压有效值为1V,且波形无明显失真,满足要求。
按发挥部分二进行测试,测得用双绞线传输信号时,线间电容大,传输高频信号,会引发失真现象。
按发挥部分三进行测试,无法使用,不满足要求。

4.3  测试结果分析
根据测试表格的数据,符合题目1—40Mhz的带宽要求,当输入信号为20mv时,测得放大器输出信号幅度可从10MV--2.4V,符合题目要求。根据幅频特性图,可得高频段幅值有略微衰减。

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ID:278351 发表于 2019-7-15 21:49 | 显示全部楼层
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