DDS+MCU實現運算放大器參數測量系統

引言

　　為了方便用戶準確掌握手中運放的各項參數,本文提供了一種采用可編程DDS芯片和MCU的測量系統,可自動測量集成運放的5項基本參數,以小液晶屏顯示測量結果,并可根據需要打印測量的結果,與現有的BJ3195等昂貴測試儀相比,該測量系統功能精簡、操作智能化、人機接口友好。

　　系統總體設計

　　系統框圖如圖1所示。系統以SPCE061單片機為控制核心,采用主從結構,從單片機負責外圍的液晶顯示、打印、語音提示等功能。主單片機負責接收紅外鍵盤的輸入信息,根據當前用戶輸入,將參數測試部分以及自動量程切換部分設置到合適的狀態,然后對測量結果進行讀取,并通知從機對測量結果進行顯示或打印。系統的DDS掃頻信號源,可以通過紅外鍵盤設置輸出4MHz以內的任意頻率以及任意頻率段任意步進的正弦信號。為了提 高測量精度,系統另配了一套標準運放參數測量電路,對系統進行初始校準。

　　測量功能電路結構

　　SPCE061簡介

　　SPCE061是凌陽科技股份有限公司推出的16位MCU,最高工作頻率可達49MHz,內置32KB的ROM以及2KB的RAM,具有紅外通信接口和異步全雙工串行接口。另外,SPCE061提供非常方便的開發平臺和音頻編解碼工具,使得SPCE系列單片機不僅控制功能強大、開發周期短,且易于實現主從機架構。

　　測量主電路

　　測量運放參數的電路如圖2所示,該電路系統傳遞函數中引入了兩個放大環節,因此存在兩個或者兩個以上的極點,由奈奎斯特穩定性判據,對于閉環反饋系統,若有極點分布在頻域右半平面,在深度負反饋測試時會產生自激振蕩,導致無法正常測試。因此,本系統改進了該電路,在反饋回路中加入560pF電容與RF并聯,補償信號的相位,改變整個反饋通道的幅頻特性,增加其相角裕度,經測試,閉環回路工作穩定性大幅提高。

　　圖2中,S1、S2、S3、S4均為繼電器,由SPCE061控制其導通與關斷,從而實現VIO、IIO、AVD、KCMR、BWG的自動測量,其中BWG由繼電器切換到另一路掃頻儀單獨測量。

　　根據式(1)、(2)、(3)、(4)可計算出VIO、IIO、AVD、KCMR：

　　程控放大電路

　　由于被測參數都是mV級電壓,應對輔助運放閉合環路的輸出信號分兩檔測量,在自動測量時,這兩檔的切換由MCU控制,因此需設計程控放大電路。本設計采用儀用放大器AD620,通過S5、S6改變其反饋電阻,以控制增益。由于儀用放大器為差模輸入,且輸人為5Hz的低頻信號,為抑制工頻干擾,在AD620的輸入級濾波,采用二階有源濾波電路,考慮其通帶平坦度,采用二階巴特沃茲低通濾波器,截止頻率設為20Hz。