远程频幅特性测试仪论文报告

2017年全国大学生电子设计竞赛论文远程幅频特性测试装置(H题)

2017年8月12日

摘要

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。

1、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

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V

o =(R

2

+R

1

)/R

1

，

代入数值，得V

o=7.5V

i

。

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。

4.2 测试结果完整性

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。