DDS扫频技术实现寄生电感测量仪

低频率的时钟，通过倍频器倍频至300 MHz, 这样可以极大的降低高速片外时钟对系统造成的电磁兼容性问题。AD9854 内部有1个频率控制字寄存器，通过写该寄存器的值便可以改变输出信号的频率， 非常适合数字控制。同时由于时钟采用的时晶体振荡器，因此输出频率的稳定度和分辨率都非常高， 一般为10- 6数量级。

　　图4 AD9854 信号发生电路

3 谐振点检测电路

　　谐振点检测电路主要由检波器和AD 转换器组成， 其中常用的检波器有峰值检波器、有效值检波器和对数检波器。由于这里的检波只是为了检测出谐振点， 因此对检波器的种类没有特殊要求， 这里采用AD8307 这款宽带对数检波器。A D8307 可以实现DC 500 MH z 频率范围内的对数检波器， 其输出为直流电压， 输出与输入功率( 以dBm为单位) 呈线性关系。

　　由于该检测电路只是检测出谐振点，即图2 中的最低点， 只是一个比较关系， 并未对检测到的最低点的电平精度有很高要求， 因此对采样电路的精度要求不高，又因为对数检波器的输出是直流信号， 所以常见的大多数低速AD 转换器都可以满足要求。这里采用串行8 位的AD 转换器TLC549。TL549 采用三线制串行控制方法， 很方便与单片机控制器接口。该检测电路的原理图如图5 所示。

　　图5 谐振点检测电路

　　4 主要软件流程设计

　　单片机采用Atmeg16, 分别控制DDS 和AD 转换器，同时负责对计算结果进行分析。单片机每次控制DDS输出1 个信号，同时采集这个信号经过待测电路后的响应结果，这样的动作每重复3 次就进行一次比较，因为谐振点的电平是最低的，因此如果采集的3 次数据中的中间一次数值最小，则该数值就是谐振点处的电平值，记下此时的频率f , 利用式(1) 可知：

　　从而由式(2) 求出L 值。主要程序的流程图如图6所示。

　　图6 主要程序流程

　　5 实验数据分析

　　采用网络分析仪来检验所设计的测试仪的测试结果。

　　使用网络分析仪测量寄生电感的方法为： 测量待测电容并联情况下的正向传输曲线， 得到如图1 所示的 曲线， 读出陷波点频率， 并根据式(1) 计算出寄生电感值。表1 显示了使用文中描述的测试仪测量的3 种数量级的电容器寄生电感的结果与采用网络分析仪测量结果的对比情况， 表1中所示结果为多次测量取平均值之后的最终结果。

　　表1 寄生测试结果

　　由表1 可见， 对于这3 种数量级的电容， 其测试结果误差均在9%以内， 基本可以满足大多数场合的应用要求。

　　由表1 还可看出测量误差会随电容值的减小而增大， 这种现象是由于扫频信号的分辨率低造成的， 提高扫频信号的分辨率可以进一步降低该误差。另外， 该仪器对于小于100 pF 的电容无法测量其寄生电感， 因为所需的激励信号频率已经超出A D9854 的工作范围， 采用更高频率的DDS可以消除这个问题。

　　6 结论

　　该方法对于nH 级的电感都能准确的测量， 弥补了大多数LCR 电桥无法精确测量微小电感的缺点。该方法若结合LCR 电桥一起使用， 基本可以满足大多数情况下的电感测量要求。