内容发布更新时间 : 2024/6/1 10:03:32星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

综合测试仪

毛伟 张良 周旭

摘要：本次设计是由以数字频率直接合成芯片AD9851为核心的电平发生器和采用真有效值转换集成电路AD637的电平测量仪两部分组成的综合测试仪器。电平发生器合成的正弦信号带宽可达0.2Hz～30MHz，分辨率为0.2Hz，幅值可数控调节。电平测量仪通过真有效值变换测量交流信号的有效值，测量精确度达0.02V。本测试仪还具有幅频特性测试和数据采集存储回放的功能。 关键词：频率合成，真有效值转换，程控增益，高精度

一、系统方案

根据题目要求，本次设计可分为电压表部分和正弦波发生部分，因此我们可以分开来做。

1、方案的选择与比较

（1）电压表

方案一：通过高速A/D转换器对被测交流信号直接采样，再通过数据处理得到信号的电平值。

方案二：通过峰峰值检波，由高速的AD采样，再由单片机读取计算得出结果。

方案三：先采用真有效值/直流转换器将被测的交流信号电压转换为与其有效值相等的直流电压，然后通过A/D转换器对该电压进行采样，即可得到被测交流信号的电平值。

比较：方案一对直接采样的AD芯片要求很高，要想达到对1MHz的采样，每周期采样64个点，采样速率必须达到64MHz，对芯片要求苛刻；方案二存在较大的误差；方案三适合各种形状的波形，且相对误差较小。经比较，选择方案三。

（2）电平发生器

方案一：采用分立元件，利用锁相环产生频率可控的时钟信号驱动地址计数器读取EPROM钟的波形数据，然后经D/A转换器转化为模拟信号输出。

地址 波形存基本PLL 计数 储器 频率器 输入 反馈分频 振幅控制 程控计数器 图1-1 采用锁相环的系统框图

DA转换 方案二：采用模拟乘法器14527进行数控分频，产生的寻址信号 EPROM中存储的波形数据。

方案三：采用专用的直接数字频率合成集成电路AD9851直接合成号。 比较: 方案一系统较复杂，且输出高频信号比较困难，如要求输出1MHz信号，如果存储的波形数据为每周期64个点，则要求驱动地址计数器的锁相环输出信号频率达到64MHz，同样D/A转换器的转换速率也要达到

64MHz，而普通的锁相环和D/A转换器都难以达到这样的要求；方案二精度高，但很难产生1MHz以上的信号。方案三频率转换快，一般在纳秒级；分辨率高，一般在1Hz的数量级上或者更高；合成频率范围广，一般为0——70MHz。经比较，选择方案三。

2、理论分析及整体实现

1. 电平发生器

电平发生器以直接数字频率合成器AD9851作为核心，该芯片由32位相位累加器、正弦函数功能查找表、D/A变换器以及低通滤波器集成到。这种高速DDS芯片时钟内部最高工作频率可达180MHz， 最大输出频率可达70 MHz，最大分辨率为0.04Hz。由于内部集成了时钟6倍频器和一个高速比较器，要达到180MHz的参考频率仅需一个30MHz晶振，减小了高频辐射，提高了系统的电磁兼容能力。

频控 单 片 机 键盘 放大 幅度控制 Dac7611 Vca810 AD9851 显示 射随 输出 图2-1 电平发生器结构框图

(1)合成频率值的控制：本设计中参考频率选用20MHz有源晶振，则经AD9851内部倍频器6倍频后的系统时钟为120MHz，由频率直接合成公式：

f0?fr/2N?120?106/232?0.03Hz

因此在20MHz晶振产生的参考频率下的最大分辨率可达0.03Hz。AD9851内部有5个输入寄存器，储存来自外部数据总线的32位频率控制字，单片机通 过对32位控制字的赋值则可精确控制最终合成的信号频率。最终合成信号的频率为：

fout?fr?FSW/2N

由于DDS的最大输出频率受奈奎斯特抽样定理限制，所以：fmax?fr/2，