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频率特性测试仪的设计

时间:10-25 来源:电子工程世界网 点击:

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。

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