基于AD8260的便攜式多功能數(shù)字分析儀的前放電路設(shè)計

0 引言
示波器和頻率計是電子測量的常用儀表，其前端電路的設(shè)計對于儀表整體的性能指標(biāo)起著十分關(guān)鍵的作用。本文主要介紹一款基于AD8260的數(shù)字分析儀前端模塊的設(shè)計方法。AD8260是AD公司生產(chǎn)的一款大電流驅(qū)動器及低噪聲數(shù)字可編程可變增益放大器(DGA)。該器件增益調(diào)節(jié)范圍為－6~+24 dB，可調(diào)增益的-3dB帶寬為230 MHz，可采取單電源3．3 V、5 V或+／-5 V雙電源供電。主要用于數(shù)字控制自動增益系統(tǒng)、收發(fā)信號處理等領(lǐng)域。本設(shè)計主要使用其數(shù)字控制自動增益功能。

1 設(shè)計原理
該數(shù)字分析儀包含示波器和頻率計兩大功能。頻率計功能分為高頻段和低頻段兩部分，其中20 MHz以下頻率信號由采樣后的示波器來測量；高于20 MHz的頻率信號則由頻率計通過等精度算法實(shí)現(xiàn)。為提高測量精度，本設(shè)計采用高穩(wěn)定度的恒溫晶振來為系統(tǒng)提供時鐘源，通過FP-GA內(nèi)置鎖相環(huán)為各模塊提供各時鐘信號。而對于100 MHz帶寬示波器功能的實(shí)現(xiàn)，若由單芯片的超高速采樣來實(shí)現(xiàn)，則要對采樣后的高速信號進(jìn)行存儲，這種方法不易實(shí)現(xiàn)，且對電路的工藝要求也很高。為了避免這種情況．本設(shè)計參考了TEKtronix公司的100 MHz示波器的設(shè)計，因而采用了3片ADC來實(shí)現(xiàn)對輸人信號的分時采樣，并在分別存儲后由DSP處理。
本文主要介紹數(shù)字分析儀前端模塊的設(shè)計。由于示波器的輸入信號幅度范圍一般為+／-5Vpp，而AD9433 (AD采樣芯片)的輸入信號幅度要求不大于2Vpp，因此，在采集電路的前端加入信號衰減和信號增益兩級幅度調(diào)整電路，可保證測量的正確性，提高測量的精確度。與NI的數(shù)字分析儀不同，本數(shù)字分析儀的頻率計功能不是由超高速采樣后通過數(shù)字信號分析來實(shí)現(xiàn)，而是根據(jù)等精度頻率測量的原理來實(shí)現(xiàn)的，這樣可以大大降低儀表的造價。同時，考慮到儀表的便攜性及工程人員的應(yīng)用習(xí)慣，本儀器只提供了單通道輸入，沒有設(shè)計外部觸發(fā)通道，因而簡化了儀表的體積，同時降低了設(shè)計的難度。數(shù)字分析儀前端模塊的原理框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)的輸入信號經(jīng)過壓保護(hù)電路及交直流耦合選擇后，將進(jìn)入高阻衰減網(wǎng)絡(luò)，并通過外部控制信號實(shí)現(xiàn)對輸入信號的1：1、1：10的高阻衰減，衰減后的信號經(jīng)差分變換后進(jìn)入AD8260進(jìn)行程控增益，程控增益后的信號一路直接進(jìn)入AD9433進(jìn)行高速采樣(此處要求增益后的信號幅度盡量達(dá)到AD9433的滿量程輸入，以提高AD采樣的精度)，并將采樣后的數(shù)據(jù)送入FPGA進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)示波器功能；而程控增益后的另一路信號則通過單端變換進(jìn)入FPGA進(jìn)行相應(yīng)的處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高頻頻率計數(shù)功能。