DDS+MCU實現(xiàn)運算放大器參數(shù)測量系統(tǒng)

　　在輸入端輸入恒定幅度交流正弦信號,改變信號頻率,對應(yīng)于電路輸出端電壓下降3dB時的頻率即為單位增益帶寬。為提高測量效率,本設(shè)計將單位增益帶寬測量電路與其他參數(shù)測試電路隔離開,用繼電器進行切換控制。單位增益帶寬與輸入信號幅度緊密相關(guān),當輸入信號較大時,單位帶寬變窄,測量結(jié)果誤差較大。系統(tǒng)中采用寬帶運放對輸入信號進行衰減,然后通過測試運放,再用寬帶運放對測試運放的輸出信號進行放大,以提高測量精度。寬帶運放選甩AD811,其單位增益帶寬為140MHz。

　　DDS掃頻信號源

　　AD9851是一款數(shù)字頻率合成芯片,其最高工作頻率為180MHz,AD9851的最大輸出頻率為系統(tǒng)時鐘的40%時雜散頻率小,它有40位控制字,其中5位為相位控制,1位為6倍參考時鐘倍乘器開關(guān)控制,32位為頻率控制。當外接20MHz時鐘源,6倍頻開啟后系統(tǒng)時鐘Fsysclk=120MHz, 設(shè)頻率控制字為Fcw,則輸出頻率由式

　　由于AD9851輸出信號峰峰值為1V,而在測量BWG時使用有效值為2V的正弦信號較準確,須放大5.656倍,設(shè)計掃頻信號源的最高輸出頻率為4MHz,則要求反相放大器的增益帶寬積GBW≥5.656×4MHz=22.624MHz,系統(tǒng)中采用GBW為50MHz的高速運放AD817。

　　軟件算法與流程 單位增益帶寬測量的軟件算法

　　系統(tǒng)設(shè)計掃頻范圍為100KHz～3.5MHz,頻率分辨率為1KHz,要求自動測量總時間≤10s。因此,從100KHz到3.5MHz最少應(yīng)該掃描 (3500-100)/1=3400次,每次最多使用的時間為：1 0/3400=0.0029s,而在這0.0029s內(nèi)要完成頻率設(shè)置、讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果等。高精度A/D轉(zhuǎn)換時間一般較長,加上設(shè)置掃描頻率的耗時,所以傳統(tǒng)的全頻段步進掃描會有較大的

　　系統(tǒng)時延。針對單位增益帶寬的特點,本設(shè)計采用二分查找算法,不斷縮小掃頻范圍,在較小的頻段內(nèi)步進掃描,只需掃捕幾十個頻點即可在1 KHz的分辨率下滿足測量時間≤l0s的要求。

　　系統(tǒng)誤差概述

　　系統(tǒng)測試表明,VIO、IIO、AVD測量精度主要取決于集成運放輸入電阻、反饋電阻的精度,保證運放的兩個輸入端口外接等效電阻平衡可減小測量誤差。 KCMR的測量誤差主要是由于外界的電磁干擾、電源紋波、工頻干擾、傳輸網(wǎng)絡(luò)不對稱,以及地電位不統(tǒng)一引起的串模干擾。通過單點接地、低通濾波、電源濾波,以及選取精度高的電阻可減小KCMR的測量誤差。

　　結(jié)語

　　測試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠智能化地測量集成運放的5項參數(shù),切換靈敏、時延小,測量精度較以往的測量方法更為精確,具有較高的性價比。本文提供的設(shè)計方法對于常規(guī)測量儀表的設(shè)計也具有一定的參考價值。