基于AD9959的四通道高頻信號源研制
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3 PCB板電磁兼容設(shè)計
信號源所用DDS芯片是一個數(shù)模混合芯片，信號源本身又有大量模擬電路，它們都存在于一個受到嚴(yán)重電磁污染的環(huán)境中，不論這些污染是來自如手機(jī)這類外部源，還是來自本身的開關(guān)電源或數(shù)字處理器這類內(nèi)部器件，它們都是人類所造成的電磁噪聲。為了以最為容易和最低的成本來獲得電路所要求的抗擾度電平以及信噪比，PCB板的EMC技術(shù)則是絕對必要的技術(shù)手段和措施。
3．1 PCB板整體設(shè)計考慮
為了兼顧信號源的電磁兼容特性和成本兩方面因素的考慮，PCB板采用4層板設(shè)計，頂層為走線層，第二層為接地層(0 V參考面)，第三層為數(shù)字電源層，第四層(底層)為模擬電源層，跟傳統(tǒng)4層板有所不同，傳統(tǒng)4層板底層通常也是走線層，但在本設(shè)計中，信號走線較少，且AD9959芯片管腳的數(shù)字電源端和模擬電源端分開，因此安排底層為模擬電源層，杜絕數(shù)字信號和模擬信號的相互干擾。
3．2 PCB板與底板的搭接
典型的電路結(jié)構(gòu)大多是采用將PCB板固定到一個導(dǎo)電底板的結(jié)構(gòu)，信號源中將PCB板的0 V參考面搭接到底板上，以改善EMC性能在所關(guān)心頻率上的一個低阻抗連接。搭接采用金屬銅柱，為了避免結(jié)構(gòu)諧振，以λ／20作為幾何尺寸的通用準(zhǔn)則(經(jīng)驗規(guī)則)，即PCB板與底板的搭接點之間，相鄰的距離須小于最高頻率的λ／20。
3．3 去耦合技術(shù)
在每個IC芯片的每個電源管腳都要使用去耦合電容，并連接到0 V參考面上，為了最大限度地降低磁場和電場的發(fā)射，去耦合電容要非常靠近器件的電源管腳。去耦合電容必須是等效串聯(lián)電感(ESL)非常小的電容，例如Murata公司的GRH700系列。
去耦合電容容量在10～100nF之間，在信號源放大電路部分還要有一個低頻去耦合電容(10μF電解電容)。另外信號源的每個不同類型的電源(數(shù)字和模擬的)，不同電源電壓的電源，都要通過π型LC濾波器供電。
3．4 匹配傳輸線技術(shù)
匹配傳輸線技術(shù)可以使得高頻信號在很長距離上相互傳輸而不會引起波形的過分失真。
從信號完整性角度出發(fā)，當(dāng)信號的傳播時間(tp)等于或超過信號真實上升時間的一半時(tp≥tr／2)就應(yīng)該用匹配傳輸線，這樣波形的失真和眼孔圖的閉合程度是可以接受的。
從EMC的角度考慮，更為保守的作法是當(dāng)tp≥tr／12時就應(yīng)該使用傳輸線技術(shù)。本例中信號最高頻率為200MHz，上升時間約2 ns，即當(dāng)信號在線條中的傳播時間tp≥(2／12)ns時，則電路板走線大于50 mm時，就應(yīng)該使用傳輸線技術(shù)。
4 實驗結(jié)果
信號源在確定了硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，設(shè)計并制作了硬件電路，通過軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試后，對輸出信號進(jìn)行了測試，頻率指標(biāo)由AD9959的外接晶振源決定，輸出幅度指標(biāo)由衰減器所采用的的電阻(精度為1％)決定，最后使用GSP-827型(2．7 GHz)的頻譜分析儀，對信號諧波失真進(jìn)行了實測，諧波失真在3％以內(nèi)，測試結(jié)果如表1所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/177058.htm
5 結(jié)語
采用AD9959DDS芯片構(gòu)成的四通道寬帶信號源，輸出頻率范圍廣、指標(biāo)穩(wěn)定度高、分辨率好；采用合理的PCB電磁兼容設(shè)計技術(shù)，使諧波失真大大減小；信號源每通道信號輸出均能對頻率、幅度和相位等指標(biāo)獨(dú)立調(diào)整。
在信號源的設(shè)計中，采用了橢圓函數(shù)濾波器，較好地濾除了DDS固有的雜散，輸出信號失真較小。采用了轉(zhuǎn)換速率達(dá)9 000 V／μs，3 dB帶寬為2 GHz的超寬帶電流負(fù)反饋運(yùn)算放大器，從直流到200 MHz的信號頻率范圍內(nèi)均有平坦的響應(yīng)。使用了五級、最大衰減為62 dB的數(shù)控衰減器，使輸出信號幅度低至數(shù)mV，滿足各類科學(xué)實驗、工業(yè)生產(chǎn)等要求。
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