检测模块

检测电路的设计与实现

一．前言

在实际的电子仪器故障诊断过程中，需要对电子仪器的电路板的故障测试点进行一系列的信号采集，并对各个测试点的采集信号加以分析，比较检测信号是否符合设计要求，最终得出故障点的具体位置。

为降低故障测试电路对VHF接收机的负载效应影响，检测电路采用高阻抗的隔离设计，降低故障检测的误差。

测试电路由三个部分组成，下图是测试电路的结构框图

二、信号提取模块

信号提取模块的作用是将检测信号从待测电路--VHF接收机中提取出来，同时还不能影响待测电路的正常工作。为降低测试电路对VHF接收机的负载效应，检测电路采用高阻抗的隔离设计。

本实验用到的检测方法主要有：测电压法、测频率法。

(一）、测电压法

测电压法是最常用的测量方法，电路结构简单，被广泛的应用于各种测试电路当中，缺点也很明显，只能单一的判断电路是否开路，无法判断电压是否满足特定频率的要求，虽然理论上能够计算出电压的大小，但是高频信号的不稳定性导致了在实际电路中电压无法被准确的测量出来，因此测电压法通常和其它方法综合使用。

在本实验中，测电压法有两种形式：

(一)区间测量区间测量的含义是，将待测信号放大一个特定的倍数，使得放大后的电压值落在一个指定的区间，然后通过后续处理，进行进一步分析。该方法常常作为A/D转换的前端处理。该方法的优点是便于下级电路检测，由模拟电路转换成数字电路，使得故障分析更准确，更方便。缺点是精度的提高带来了电路设计复杂度的提高，同时由于该电路作为数字电路和模拟电路的过渡部分，数字地和模拟地的相互干扰也带来了电路的不稳定性。

(二)过放测量过放测量的含义是，将待测信号充分放大，一般

放大至Vcc电压，如果这样，对一个很小的待测信号，经过充分放大以后，就可以明显的辨识出来。这种方法结构简单，只需要一个运放及外围放大电路，放大倍数也不需要很精确，缺点是很小的噪声就能够引起干扰，因此对待测电路的环境要求很高。

图1 电压检测电路

图1为本实验中应用到的电压检测电路。该检测电路可分为三个部分，初级放大，倍压检波（二级放大），三级放大。在初级放大电路中，待测信号经过单个三极管放大，超过倍压检波的门限值。倍压检波的目的是将放大后的待测信号拉高至ｘ轴以上，然后经过一个τ值很大的ＲＣ滤波电路，将交流信号的包络提取出来，形成一个直流信号，再将这个直流信号经过三级放大，输出给下级电路。

已知待测信号为100mV左右，经过初级放大，达到300mV，经过倍压检波，达到600mV，再经过如图所示的7倍放大效果，最后放大到4V直流，通过指示灯或者其它方法，就可以检验待测信号的电压，若经过A/D转换，还可以进一步的分析该信号，反之，若失去待测信号，由于被测电路的关系，三极管还会输出比较微弱的放大信号，但是二极管为锗管，正向导通电压为0.2~0.3V，放大信号不会通过倍压检波部分，所以也不会有检测信号输出。

器件选取

1.运算放大器

运算放大器的选取主要参照其电器特性，在电压检测电路中使用

的运算放大器型号为OP07主要参数如图所示,选用该芯片的理由为：电压检测频率是将交流信号转化成直流信号，因此选用的运放仅需满足低频小信号即可，OP07的BW值为0.6MHz，上级输入信号不会超过455KHz，，完全满足频率要求；OP07的输出阻抗为60Ω，而下一级芯片为PCF8591，其输入阻抗典型值为100KΩ，检测信号能够几乎毫无衰减的传递到AD转换器，因此也满足阻抗匹配的要求。

2.二极管

二极管有很多种分类，使用方法非常灵活，在本实验电压检测电路中，两个二极管组成半波整流模块，虽然是整流模块，但是因为待测信号为小信号，所以对二极管要求不高，本实验选择1N4148完全满足电压及频率特性。

3.三极管

在本实验中，三极管的选择主要考虑的在低频的条件下尽量放大倍数，所以选择参数是放大倍数和增益带宽积，S9018的部分参数如图所示。从图中可以看出，直流电流放大倍数为100倍（典型值），增益带宽积为1100MHz（典型值），完全满足要求。

二、测频率法

测量频率比测量电压更复杂，也更重要，因为频率信号包含的信息更多。如果信号的频率正确，电压基本上也是正确的，相反的情况却不成立，所以测量频率更有实际意义。

但是频率的测量十分困难，因为在模拟电路中，各种元件的阻抗值并不是十分精确，这些数值模糊的元件组合起来后的误差就更大，因此在频率信号的提取和测量过程中，总会产生各种各样的干扰，导致频率信号的失真。所以测量频率，最重要的工作就是减小误差。

由于单片机的工作频率很低，在1MHz以内，能识别的频率也要控制在1MHz以内，因此选择待测频率就成为首先要确定的频率。在本实验中，出现明确数值的频率主要有以下五种，但并不是全部都需

要测量，126.4MHz,115.7MHz,10.7MHz,10.245MHz,455KHz，在这几种频率中，126.4MHz和10.7MHz是中心频率，在实际电路中是一个通频带，10.245M频率是经过放大的无源晶振，这三种频率测试意义不大，因此测量115.7M的本振频率，和455KHz的解调频率，无疑是最好的选择，下面分别讨论。

（一）455KHz频率的检测

455KHz频率信号因其频率低，可以不通过降频直接输入单片机，因此455KHz频率的检测电路结构相对简单，电路图如图2所示

图2 455KHz频率检测电路

图2的检测电路可分为初级放大，滤波，过放，比较，分频五个部分，由9018及其外围电路组成初级放大电路，目的是提取中心频率为455KHz的频率信号，因为这个信号是一个通频带，所以要经过一个455K的滤波器，通过滤波，将455KHz信号充分放大，再接入比较器和分频器，输入单片机。比较器的作用是将正弦波转化成方波，分频器在这里的意义不大，但是在115.7MHz频率的检测中却不可缺少，如此便实现了单片机对455KHz频率信号的识别。

（二）115.7MHz频率的检测

115.7MHz频率是被测电路的本振频率，这一模块是整个被测路中最重要的模块，因此对115.7MHz频率信号的测量极为重要。检测此信号的难点是，单片机不能直接识别高频信号，所以首先要降频，再检测。

降频有两种方案，一种是利用高频分频器或者用FPGA编程分频，但是这种方法造价高，成本大，另一种是利用待测电路上已有的混频方法，比如可以利用BF998R混频，提取出差频信号，本实验采用后一种办法降频。