本系統(tǒng)以AD9854數(shù)字合成器為核心，外加寬帶放大器OPA695和增益可控放大器VCA824和乘法器AD835以及帶有WIFI模塊的STC15單片機(jī)控制板的配合，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程幅頻特性測(cè)試裝置。系統(tǒng)主要由5個(gè)模塊構(gòu)成：信號(hào)源模塊、可控增益放大電路、頻幅特性測(cè)試電路、單片機(jī)顯示控制模塊、WIFI模塊。可控增益放大電路由VCA820構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)40dB的增益調(diào)節(jié)范圍；OPA695固定增益放大電路用于前級(jí)小信號(hào)放大,提高信噪比。后級(jí)OPA695電壓跟隨輸出，提升放大器的帶負(fù)載能力。為解決寬帶放大器自激問(wèn)題及減小輸出噪聲，本系統(tǒng)采用多種形式的抗干擾措施，抑制噪聲，改善放大器的穩(wěn)定性。
1.1 信號(hào)源模塊的論證與選擇
方案一：采用DDS芯片直接合成信號(hào)輸出，在高穩(wěn)定度時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，AD9854將產(chǎn)生一高穩(wěn)定的頻率、相位、幅度可編程的正弦和余弦信號(hào)，作為本振用于通信，雷達(dá)等方面。
方案二: 采用MC1648和ADF4001構(gòu)成的所相環(huán)路
ADF4001芯片是ADI公司生產(chǎn)的內(nèi)部集成了數(shù)字鑒頻鑒相器和編程預(yù)分頻器的PLL芯片，其最高工作頻率可達(dá)200MHZ，集成度高，只需外接一個(gè)環(huán)路濾波器和VCO即可完成一個(gè)完整的鎖相環(huán)系統(tǒng)，VCO選擇MC1648。
方案選擇：方案二雖然輸出頻率很高，但讓其輸出低頻不易，題目要求信號(hào)源電壓10毫伏到100毫伏可調(diào)，還需加上增益控制電路。
方案一只需一塊DDS芯片及一些外圍電阻電容便可輸出1—40Mhz的高頻率穩(wěn)定度的信號(hào)，控制簡(jiǎn)單，電壓通過(guò)編程可調(diào)節(jié)。綜合考慮，選擇方案一。
器件選擇:
前級(jí)放大器：前級(jí)放大器選取TI公司的opa695，其增益帶寬積較高，帶內(nèi)平坦度高。
VCO模塊: 考慮到VCA82X系列，比較其0.1db帶寬,VCA821更便于調(diào)節(jié),但是不易購(gòu)買(mǎi)，故選擇同系列的VCA820，由于單片的控制范圍為40db，滿足題目要求。
二、理論分析與計(jì)算
2.1信號(hào)發(fā)生器電路設(shè)計(jì)
圖1 信號(hào)源電路原理圖
2.2 放大器設(shè)計(jì)
可控增益放大電路由VCA820構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)40dB的增益調(diào)節(jié)范圍通過(guò)單片機(jī)控制DA調(diào)整壓控放大器的增益，實(shí)現(xiàn)0db到40db以上的增益調(diào)節(jié)范圍。
可控增益放大電路原理圖
2.3 頻率特性測(cè)試儀器
本設(shè)計(jì)中控制電路采用單片機(jī)為控制核心，控制DDS芯片AD9854，通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)增益和頻率預(yù)置，同時(shí)將預(yù)置結(jié)果送LCD顯示。根據(jù)預(yù)置的增益數(shù)控制12位D/A芯片TLV5638輸出對(duì)應(yīng)的電壓控制VCA820的放大增益，通過(guò)AD835乘法器以及濾波電路實(shí)現(xiàn)貧富特性檢測(cè)，同時(shí)使用WIFI模塊將幅頻特性曲線顯示在電腦上。
三、電路與程序設(shè)計(jì)
3.1電路設(shè)計(jì)
如下圖，如圖四，為前級(jí)放大電路圖，由圖可得Vo=(R2+R1)/R1，
代入數(shù)值，得Vo=7.5Vi。
前級(jí)放大電路電路圖
如下圖，為增益可控放大電路，電阻R7和R11設(shè)定VCA820的最大增益。通過(guò)控制2引腳口的電壓，改變其放大倍數(shù)，后級(jí)通過(guò)OPA695電壓跟隨輸出。
增益可控放大電路電路圖
如下圖，為幅頻特性測(cè)試裝置，兩路信號(hào)通過(guò)AD835模擬乘法器相乘，經(jīng)過(guò)低通濾波，經(jīng)過(guò)OP07將直流信號(hào)放大輸出。
幅頻特性測(cè)試裝置電路圖
3.2 程序設(shè)計(jì)
兩種模式，一種設(shè)手動(dòng)設(shè)置頻率模式，將頻率設(shè)置在一個(gè)固定的值輸出，另一種為掃頻模式，步進(jìn)1MHZ，可以設(shè)置掃頻時(shí)間間隔，可以設(shè)置幅度。
通過(guò)按鍵來(lái)控制AD9854的輸出頻頻率及幅度，并且能在LCD顯示屏顯示出頻率和幅度。
單片機(jī)控制AD采樣頻率特性曲線，通過(guò)WIFI發(fā)送到電腦上顯示。
四、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果
4.1 測(cè)試方案及測(cè)試條件
測(cè)試方案：接電源供各個(gè)模塊工作，用示波器測(cè)試信號(hào)源輸出，記錄電壓幅值，帶寬并記錄。用示波器接后級(jí)運(yùn)放輸出，調(diào)節(jié)VCA820放大倍數(shù)，用示波器測(cè)量并記錄電壓幅值，帶寬。
測(cè)試工具： 泰克（TEKTRONIX）混合信號(hào)示波器 MSO4140B
泰克（TEKTRONIX）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 AFG3102C
茂迪（MOTECH）數(shù)控式線性直流穩(wěn)壓電源LPS-305
麥創(chuàng)（MATRIX）直流穩(wěn)壓電源 MPS-3003L-3
臺(tái)灣富貴（ESCORT）臺(tái)式萬(wàn)用表 3136A
按基本要求一進(jìn)行測(cè)試，由ad9854為核心芯片制作的信號(hào)源輸出的信號(hào)完全滿足題意，并且用stc15單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行編程可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)1Mhz進(jìn)行掃頻。
按基本要求二進(jìn)行測(cè)試，OPA695進(jìn)行對(duì)信號(hào)源發(fā)出信號(hào)前級(jí)放大，VCA820程控增益，改變其放大倍數(shù)，后級(jí)通過(guò)OPA695電壓跟隨輸出。帶寬達(dá)到要求，且增益連續(xù)可調(diào)，負(fù)載電阻為600歐姆是，輸出電壓峰峰值可達(dá)1V，波形無(wú)明顯失真。
按基本要求三進(jìn)行測(cè)試，在示波器上測(cè)試，幅頻特性良好，無(wú)明顯失真。
按發(fā)揮部分一進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)輸入5V電壓，放大器在負(fù)載電阻為600歐姆是，輸出電壓有效值為1V，且波形無(wú)明顯失真，滿足要求。
按發(fā)揮部分二進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得用雙絞線傳輸信號(hào)時(shí)，線間電容大，傳輸高頻信號(hào)，會(huì)引發(fā)失真現(xiàn)象。
按發(fā)揮部分三進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法使用，不滿足要求。
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2019-7-1 18:16 上傳
按基本要求一進(jìn)行測(cè)試，由ad9854為核心芯片制作的信號(hào)源輸出的信號(hào)完全滿足題意，并且用stc15單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行編程可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)1Mhz進(jìn)行掃頻。
按基本要求二進(jìn)行測(cè)試，OPA695進(jìn)行對(duì)信號(hào)源發(fā)出信號(hào)前級(jí)放大，VCA820程控增益，改變其放大倍數(shù)，后級(jí)通過(guò)OPA695電壓跟隨輸出。帶寬達(dá)到要求，且增益連續(xù)可調(diào)，負(fù)載電阻為600歐姆是，輸出電壓峰峰值可達(dá)1V，波形無(wú)明顯失真。
按基本要求三進(jìn)行測(cè)試，在示波器上測(cè)試，幅頻特性良好，無(wú)明顯失真。
按發(fā)揮部分一進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)輸入5V電壓，放大器在負(fù)載電阻為600歐姆是，輸出電壓有效值為1V，且波形無(wú)明顯失真，滿足要求。
按發(fā)揮部分二進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得用雙絞線傳輸信號(hào)時(shí)，線間電容大，傳輸高頻信號(hào)，會(huì)引發(fā)失真現(xiàn)象。
按發(fā)揮部分三進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法使用，不滿足要求。
4.3 測(cè)試結(jié)果分析
根據(jù)測(cè)試表格的數(shù)據(jù)，符合題目1—40Mhz的帶寬要求，當(dāng)輸入信號(hào)為20mv時(shí)，測(cè)得放大器輸出信號(hào)幅度可從10MV--2.4V,符合題目要求。根據(jù)幅頻特性圖，可得高頻段幅值有略微衰減。
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