關于調頻電流源技術的研究

　　調頻電流源是一種頻率可以改變的電流源，ARM控制DDS輸出一個頻率以及幅度可調的正弦電壓信號，DDS輸出信號再經過濾波以及V/I 轉換得到一個正弦電流信號，其電流幅度輸出范圍為0~20 mA，頻率范圍為0~1 MHz。詳細講述了該調頻電流源實現的重要技術以及相應的公式推導。對所設計的調頻電流源電路的性能進行了仿真，仿真結果表明，其輸出頻率0~1 MHz。幅度0~20 mA內可調，符合設計的要求。該電路精度高，穩定性好。

　　0 引言

　　調頻電流源作為電流源的一種，需為負載提供穩定的電流的儀器，目前市場上，頻率可調的電流源較少，多為頻率固定的恒流源，在一些測量里，需要用到頻率可調的電流源，例如測量人體阻抗網絡，就需要用到頻率可調的電流源。傳統的電流源電路多采用模擬電路來實現，輸出的頻率穩定度和精度等指標都不高。現在數字化發展越來越快，DDS技術的應用越來越廣泛。應用DDS技術能夠產生頻率快速轉換。分辨率高。相位可控的信號。這在電子測量。雷達系統。調頻通信等領域具有十分重要的作用。本文采用DDS 技術產生一個頻率可調的正弦信號來實現調頻電流源的設計，它可以實現0~1 MHz信號的輸出，通過信號放大電路。濾波電路。電壓-電流電路來實現交流電流的輸出，提高了調頻電流源的精度和穩定度。

　　1 調頻電流源系統的設計

　　調頻電流源的原理框圖如圖1所示，由信號源產生一個正弦的交流信號，經過電壓-電流轉換得到一個交流的電流信號，經過反饋控制保證電流信號的穩定度。

　　該調頻電流源系統設計如圖2所示。由原理圖可知整個調頻電流源包括ARM 控制DDS正弦波產生電路。信號放大電路。低通濾波電路和電壓-電流轉換電路。

　　電路工作原理：通過鍵盤輸入需要調頻電流源需要輸出的電流值大小以及頻率值，由ARM 寫控制字到DDS，由DDS輸出相應的正弦信號，若需要輸出為直流，則不需要產生相應的正弦信號，正弦信號通過信號放大電路得到一個較大幅度的正弦信號，該信號通過低通濾波器，輸出電壓-電流轉換電路，得到相應的電流信號。

　　為了維持輸出電流信號的穩定度，將輸出信號經過取樣電阻以及峰值檢波電路反饋到ARM 控制器，通過A/D采樣，讀取輸出信號的最大值，由ARM 進行反饋調節，從來保證了信號的穩定度。其中低通濾波器主要濾除不需要的諧波，減少干擾；RS 232為通信端口。　　1、1 信號源

　　該調頻電流源的信號源是由ARM 控制DDS 輸出一個正弦信號來實現，其連接如圖3 所示。ARM 控制DDS輸出一個信號的頻率以及幅度可調的正弦信號。

　　DDS的基本結構主要包括相位累加器。相位寄存器和波形查找表。DDS技術的實現依賴于高速數字電路，其工作速度主要受D/A轉換器的限制。DDS的基本結構如圖4所示。

　　圖中：K 為頻率控制字；n 為查找表的地址線位數；N 為相位累加器的字長；L 為查找表的數據線位數，即DAC的分辨率；fc為系統參考時鐘。DDS系統在參考時鐘fc的作用下，相位累加器(由N 位加法器和N 位相位寄存器組成)對頻率控制字K 進行線性累加，將結果的高n 位作為查找地址進行相位幅度轉換，產生L 位幅度量化值，再由數/模轉換器進行轉換。相位累加器作為DDS的核心，不斷地對頻率控制字進行累加，累加器的溢出頻率就是輸出信號的頻率。DDS的輸出信號頻率為：

　　當K=1時，DDS系統輸出頻率最小也就是DDS系統的頻率分辨率，掃頻信號源頻率分辨率直接取決于DDS的頻率分辨率：

　　DDS輸出信號是對周期信號的合成，由奈奎斯特采樣定理可知，最大輸出頻率為：

　　所以K 的取值范圍為：