DDS+MCU實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器參數(shù)測量系統(tǒng)

　　在輸入端輸入恒定幅度交流正弦信號(hào),改變信號(hào)頻率,對(duì)應(yīng)于電路輸出端電壓下降3dB時(shí)的頻率即為單位增益帶寬。為提高測量效率,本設(shè)計(jì)將單位增益帶寬測量電路與其他參數(shù)測試電路隔離開,用繼電器進(jìn)行切換控制。單位增益帶寬與輸入信號(hào)幅度緊密相關(guān),當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí),單位帶寬變窄,測量結(jié)果誤差較大。系統(tǒng)中采用寬帶運(yùn)放對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減,然后通過測試運(yùn)放,再用寬帶運(yùn)放對(duì)測試運(yùn)放的輸出信號(hào)進(jìn)行放大,以提高測量精度。寬帶運(yùn)放選甩AD811,其單位增益帶寬為140MHz。

　　DDS掃頻信號(hào)源

　　AD9851是一款數(shù)字頻率合成芯片,其最高工作頻率為180MHz,AD9851的最大輸出頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘的40%時(shí)雜散頻率小,它有40位控制字,其中5位為相位控制,1位為6倍參考時(shí)鐘倍乘器開關(guān)控制,32位為頻率控制。當(dāng)外接20MHz時(shí)鐘源,6倍頻開啟后系統(tǒng)時(shí)鐘Fsysclk=120MHz, 設(shè)頻率控制字為Fcw,則輸出頻率由式

　　由于AD9851輸出信號(hào)峰峰值為1V,而在測量BWG時(shí)使用有效值為2V的正弦信號(hào)較準(zhǔn)確,須放大5.656倍,設(shè)計(jì)掃頻信號(hào)源的最高輸出頻率為4MHz,則要求反相放大器的增益帶寬積GBW≥5.656×4MHz=22.624MHz,系統(tǒng)中采用GBW為50MHz的高速運(yùn)放AD817。

　　軟件算法與流程 單位增益帶寬測量的軟件算法

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)掃頻范圍為100KHz～3.5MHz,頻率分辨率為1KHz,要求自動(dòng)測量總時(shí)間≤10s。因此,從100KHz到3.5MHz最少應(yīng)該掃描 (3500-100)/1=3400次,每次最多使用的時(shí)間為：1 0/3400=0.0029s,而在這0.0029s內(nèi)要完成頻率設(shè)置、讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果等。高精度A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間一般較長,加上設(shè)置掃描頻率的耗時(shí),所以傳統(tǒng)的全頻段步進(jìn)掃描會(huì)有較大的

　　系統(tǒng)時(shí)延。針對(duì)單位增益帶寬的特點(diǎn),本設(shè)計(jì)采用二分查找算法,不斷縮小掃頻范圍,在較小的頻段內(nèi)步進(jìn)掃描,只需掃捕幾十個(gè)頻點(diǎn)即可在1 KHz的分辨率下滿足測量時(shí)間≤l0s的要求。

　　系統(tǒng)誤差概述

　　系統(tǒng)測試表明,VIO、IIO、AVD測量精度主要取決于集成運(yùn)放輸入電阻、反饋電阻的精度,保證運(yùn)放的兩個(gè)輸入端口外接等效電阻平衡可減小測量誤差。 KCMR的測量誤差主要是由于外界的電磁干擾、電源紋波、工頻干擾、傳輸網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱,以及地電位不統(tǒng)一引起的串模干擾。通過單點(diǎn)接地、低通濾波、電源濾波,以及選取精度高的電阻可減小KCMR的測量誤差。

　　結(jié)語

　　測試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠智能化地測量集成運(yùn)放的5項(xiàng)參數(shù),切換靈敏、時(shí)延小,測量精度較以往的測量方法更為精確,具有較高的性價(jià)比。本文提供的設(shè)計(jì)方法對(duì)于常規(guī)測量儀表的設(shè)計(jì)也具有一定的參考價(jià)值。