频率特性测试仪的设计

4．3 相位差测量
    设INl和IN2为两路具有相位差经整形后得到的方波信号，Gate2为INl和IN2经过异或后得到的脉冲信号，Fo为FPGA内部的标准高频脉冲信号，取40MHz。将IN2八分频，结合单片机控制，可得到一个动态门控信号Gatel。动态门控与脉冲信号相“与”，可得到门限内的有限个脉冲信号Gate2。Gate1中含有IN2的4个周期，Gate2含有8个异或脉冲。其中分别对clk进行计数，分别得到计数值M和N。根据公式精确地测得相位差绝对值。其时序如图2所示。由于对高频脉冲计数可能存在±1的误差：

    在F=100kHz时，Mmin≈1600，则δmax(△ψ)≈0.9°

    FPGA内部生成一个D触发器，以INl为触发器的数据输入，IN2为触发器的时钟输入，若触发器输出端为高电平，则△ψ>O°；若输出端为低电平，则△ψ<0°。

5 主要功能电路
5．1 有效值检测模块
    采用高精度、高带宽的真有效值检测器件AD637。输出直流约有0．1 V的波纹．对小信号的测量存在很大误差。系统有效值检测模块后接一级截止频率为10 Hz的低通滤波器，滤除直流信号的波纹。即使在最小的有效值，检测几乎没有误差。如图3所示。

5．2 示波器显示模块
    为了在示波器上显示曲线，需要通过2个D／A转换器向X、Y轴同步送入扫描信号和数据信号。选用DAC0800作为数模转换器，由于扫描信号为0～5 V的锯齿波信号，而数据信号为一5~5 V，扫描信号和数据信号的D／A转换器分别采用单极性和双极性接法。图4给出DAC0800双极性接法电路，单极性接法只将R1短路即可。

6 系统软件设计
    系统软件部分由单片机和FPGA组成，单片机主要完成人机交互部分的处理和系统的控制，FPGA主要完成测相和RAM的实现。整个软件系统的设计中模块化思想贯穿始终，采用菜单选择所用功能。图5为程序流程图。

7 结语
    频率特性测试仪的幅度特性测试的频率范围达100 Hz～100 kHz，频率稳定度10-6，测量精度5％，能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量，可手动预置测量范围及步进频率值。相频特性测试的频率范围500 Hz～lO kHz，相位值显示3位，以1位作为符号位，测量精度为l°，并能用示波器显示幅频特性和相频特性曲线。该系统操作简单，测量精度很高，具有可行性和实用性，其成品经优化包装具有良好市场。