頻率特性測試儀的設計
加入技術交流群
4．3 相位差測量
設INl和IN2為兩路具有相位差經整形后得到的方波信號，Gate2為INl和IN2經過異或后得到的脈沖信號，Fo為FPGA內部的標準高頻脈沖信號，取40MHz。將IN2八分頻，結合單片機控制，可得到一個動態門控信號Gatel。動態門控與脈沖信號相“與”，可得到門限內的有限個脈沖信號Gate2。Gate1中含有IN2的4個周期，Gate2含有8個異或脈沖。其中分別對clk進行計數，分別得到計數值M和N。根據公式
精確地測得相位差絕對值。其時序如圖2所示。由于對高頻脈沖計數可能存在±1的誤差：本文引用地址：http://www.104case.com/article/195927.htm
在F=100kHz時，Mmin≈1600，則δmax(△ψ)≈0.9°
FPGA內部生成一個D觸發器，以INl為觸發器的數據輸入，IN2為觸發器的時鐘輸入，若觸發器輸出端為高電平，則△ψ>O°；若輸出端為低電平，則△ψ0°。
5 主要功能電路
5．1 有效值檢測模塊
采用高精度、高帶寬的真有效值檢測器件AD637。輸出直流約有0．1 V的波紋．對小信號的測量存在很大誤差。系統有效值檢測模塊后接一級截止頻率為10 Hz的低通濾波器，濾除直流信號的波紋。即使在最小的有效值，檢測幾乎沒有誤差。如圖3所示。
5．2 示波器顯示模塊
為了在示波器上顯示曲線，需要通過2個D／A轉換器向X、Y軸同步送入掃描信號和數據信號。選用DAC0800作為數模轉換器，由于掃描信號為0～5 V的鋸齒波信號，而數據信號為一5~5 V，掃描信號和數據信號的D／A轉換器分別采用單極性和雙極性接法。圖4給出DAC0800雙極性接法電路，單極性接法只將R1短路即可。
6 系統軟件設計
系統軟件部分由單片機和FPGA組成，單片機主要完成人機交互部分的處理和系統的控制，FPGA主要完成測相和RAM的實現。整個軟件系統的設計中模塊化思想貫穿始終，采用菜單選擇所用功能。圖5為程序流程圖。
7 結語
頻率特性測試儀的幅度特性測試的頻率范圍達100 Hz～100 kHz，頻率穩定度10-6，測量精度5％，能在全頻范圍和特定頻率范圍內自動步進測量，可手動預置測量范圍及步進頻率值。相頻特性測試的頻率范圍500 Hz～lO kHz，相位值顯示3位，以1位作為符號位，測量精度為l°，并能用示波器顯示幅頻特性和相頻特性曲線。該系統操作簡單，測量精度很高，具有可行性和實用性，其成品經優化包裝具有良好市場。
評論