电子设计大赛_模块的电路分析

功能电路

1、ＤA转换电路

题目要求信号发生器的频率从１00Ｈz到1０ＫHz，对DA转换速度要求不是很高,但设计要求电压值误差绝对值小于1%，所以应选用转换精度高的芯片。本系统使用12位D/A转换芯片MX7５41的双极性电路接法，电路图如图所示

峰值检波电路是由二极管电路和电压跟随器组成，其工作原理为：当输入电

压正半周通过时,检波管U２导通，对电容C1、C2充电,直到到达其峰值。三极管

的基极由单片机或FPGA控制，产生１0us的高电平使电容放电，以减少前一频率

测量对后一频率测量的影响，提高幅值测量精度。其中Ｕ1为常导通，用以补偿

U２上造成的压降。电容C１、C2的取值需根据被测信号的频率合适的选取,此电路中的二极管使用高频二极管,可大大提高测量范围的频率上限。

3、真有效值检测电路设计

对于有效值的检测,我们选用ＡD637来实现。AＤ637是真有效值测量芯

片。其有效值计算公式为

2

[]

IN

RMS

RMS

V

V Avg

V

。应用时只需在芯片的外围添加

适当的电阻、电容即可实现任意波形交变信号的有效值的测量。其中平均电

容C1可用来设定平均时间常数，并决定低频准确度,输出纹波大小和稳定时间。Ｒ１、Ｒ2、Ｃ1、C2及运放OＰA２77构成一二阶低通滤波滤除检波后的纹波。电路连接图如图所示：

4、滞回比较电路之一（MAＸ９1２)

ＭAＸ912 是由MAXＩＭ公司生产的双组高速电压比较器。该器件传播速度快(典型值为1０ns) ,能接受差动输入信号并具有互补性的TTＬ兼容输出。为抑制干扰引起的误翻转，我们采取了带正反馈的滞回比较电路的形式。我们采

用反相输入的方式,其正向阈值电压2

2

5

F

R

u V

R R

+

=⨯

+

，对应比较后信号的下降

沿。负向阈值电平为0V，对应于比较后信号的上升沿。故输出信号的上升沿仍属过零比较。示意图如图所示。故对两路信号进行相位测量时就不能采用平时的直接异或法,而应先利用上升沿进行分频再异或。电路图如图所示:

6、MAX１９5AD采样

MAX１95 是美国Maxｉm 公司推出的16 位逐次逼近式A／ D 转换器。内置采样保持电路,三态串行数据输出,输出时高位在前。我们采用的是同步转换传

输方式,即在16 位模数转换进行的过程中将转换好的上一位数据位输出。CLK 既作为转换时钟又作为串行数据输出时钟。此种转换方式可以实现最大的转换传输速度,因为前一次转换结束后,下一次转换可以紧跟着立即开始,实现不间断地连续转换。转换过程必须与转换时钟CＬK同步,查到EＯC变高后即开始读数。电路连接图如图４—8所示：

7、高速AD—MAX142５电路

ＭAX１4２5是美国Maｘim 公司推出1０位高速模数转换器,最高采样率为

20M。MＡX14２5采用差分流水线结构，片内集成高性能的采样保持放大器和参考电压源,采用单一的时钟信号来控制内部所有的转换。因其输入电阻仅为6.5K ，故在电路设计时在其前端加一级运放进行缓冲隔离，单端输入，INP通过交流方式与输入信号耦合。MＡX1425的采样时钟由FPGＡ根据信号的频率大小128

倍频后给出。运放3脚的电阻很重要，它有效地减小了输入电阻，因而也减小了共模干扰的影响。

8、高速DA 转换电路 DAC ９04为TI 公司的一种１4位高速数模转换器，转换速率可达1６５Ms ｐs ，差分电流输出。该DA Ｃ的数据的写入及数模转换的开始都是由C ＬK 信号来控制的，在ＣLK 的上升沿锁存数据，C ＬK 的下降沿更新DAC 的模拟输出。设定其参考电压为外部输入。电路连接图如图所示:

9、程控放大电路(PGA)

ＡD ６０0是一个双通道低噪声、宽频带、增益可变放大器。内部采用可编程控制衰减器和固定增益放大器级连的结构，使其增益和动态参数更加稳定。其增益表达式为()3220G Gain dB V =+（G V 为C1ＬO 和Ｃ1H Ｉ之间的电压差即控制电压，范围-625ｍV-+625mV ）。增益控制通过外接一１6位串行电压输出D/A 转换器MAX ５41来实现，在电路中配以高精度电压基准M ａx6225。输入信号的峰值最大为1.4V ,在频段范围内可实现增益０ｄB 到40dB 可调。

10、MＡＸ120A/D转换电路

我们选用采用BICMＯＳ工艺生产的带采样保持电路的12位模拟数字转换器ＭAX120，它的转换时间1.6us,采样率可达５0０Ksps。电路连接如图4—4所示,工作于连续转换模式,ADC与处理器是通过直接存储器（DＭA）方式来接口。

11、稳压电源模块

12、ＡGC自动增益控制

我们选用AＤ603构成自动增益控制电路,作为AD9851后级,以确保输出电压峰峰值能够稳定在1V。AD６03是一种单通道宽频带、低噪声、低畸变、高增益精度、控制电压和增益成线形关系的VGA芯片,可以通过控制电压来控制放大器的增益，从而实现增益自动控制。电路连接图如图所示。（电路增益由1脚和2脚间的电压差Ｖｇ控制，二者之间的关系为：2脚接固定参考电压，1脚电压由后级峰值检测电路提供。2Ｎ39０6和几个外围电阻组成一个Ｉ

Q1

=300uＡ左右的恒流源,2Ｎ3９04作半波检测。流入电容Ｃ1的电流Iｃ就是Q1和Q２集电极电

流之差。当输出信号幅度较小时，Q２集电极电流I

Ｑ2减小，Ic=I

Q１

-I

Q2

增大，反

馈电压增大，ＡD603的１、２脚间电压差增大，电路增益提高。当输出信号幅

度增大时，Q2集电极电流Ｉ

Q2增大,Iｃ＝I

Q1

-I

Q2

减小，反馈电压减小,电路增益也

随之降低,如此反复,最终电路将进入到稳定状态,输出信号幅度恒定。电容C1的大小选择也很重要,大了会降低自动增益控制的灵敏度,小了会减小AGＣ的频率范围。R1、R2、Ｒ３均可调节输出信号幅度。）为了进一步扩展频带，我们设计时降低了信号输出幅度。由于AD603的频率响应特性特性，到10ＭHz时信号有效值上扬。我们在AD60３后串接一电阻Ｒ对其进行频率补偿，使其幅值稳定。经测试该电路信号无明显失真通带范围可由50Hz到40MＨz;输出信号有效值为500mＶ。