CN102386891A - 手持式低功耗宽带dds信号源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式低功耗宽带DDS信号源，包含信号产生及处理部分，由所述信号产生及处理部分控制输出至少两种不同的信号的信号输出部分，为所述信号产生及处理部分、信号输出部分提供电源的电源管理部分。所述信号源超过一预设时间未接收到来自键盘的输入指令信号时，所述电源管理部分由所述信号产生及处理部分控制切断供电。内部锁式电路的电源管理方式，可以在长时间不使用信号源时自动进入低功耗状态，为用户提供在电池供电环境下的便携式低功耗宽带信号源，可填补市场空白，满足用户的需要，具有广阔的应用前景。

Description

手持式低功耗宽带DDS信号源

技术领域

本发明涉及一种手持式低功耗宽带DDS信号源，可为用户提供便携式宽带信号源，属于仪器仪表技术领域。

背景技术

DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。目前市场上DDS信号源产品种类很多，但是大多无法随身携带使用，在现场没有供电电源的场合使用受到了限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可使用电池供电，且低功耗的手持式低功耗宽带DDS信号源。

为解决上述技术问题，本发明提供一种手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，包含

信号产生及处理部分，

由所述信号产生及处理部分控制输出至少两种不同的信号的信号输出部分，

为所述信号产生及处理部分、信号输出部分提供电源的电源管理部分，

在所述信号源超过一预设时间未接收到输入指令信号时，所述电源管理部分由所述信号产生及处理部分控制切断供电。

所述信号产生及处理部分包括MCU、DDS电路、幅度控制电路、信号采集电路、输入输出。

所述输入输出包含作为输入的可提供输入指令信号的键盘和作为输出的液晶显示。

所述MCU控制DDS电路产生信号，并通过幅度控制电路调节幅度后，经与所述幅度控制电路连接的所述信号输出部分中的信号切换输出电路选择输出，由信号采集电路采集幅度控制电路的信号幅度并转换为直流信号反馈输入至所述MCU中。

所述电源管理部分包括提供电源的可充电的锂电池，所述锂电池经线性稳压电路与可向后端电路供电或切断供电的锁式电路连接。

所述锁式电路的控制信号输入端与所述信号产生及处理部分中的MCU连接，当所述键盘在一预设时间内未接收到输入指令信号时，由所述MCU控制所述锁式电路处于截止状态切断供电。

所述锁式电路中包含同时与控制信号输入端连接的三极管和比较器，与所述三极管的集电极连接、由所述三极管控制导通的一场效应管，由所述比较器输出端连接控制导通的另一场效应管，所述控制信号输入端与所述三极管的基极、所述比较器的一输入端连接，所述控制信号输入端输入一电平时，与所述三极管连接的场效应管和与所述比较器连接的另一场效应管同时导通或截止。

所述锂电池还与单端初级电感变换器电路连接。

所述单端初级电感变换器电路中包含电压反馈网电路，所述电压反馈网电路由所述信号产生及处理部分中的MCU控制。

所述信号输出部分包括矩形波输出电路和可输出正弦波、三角波调制信号的信号切换输出，所述电源管理部分中的单端初级电感变换器电路为所述矩形波输出电路提供电平。

本发明所达到的有益效果：

本发明符合电子产品便携式要求，可广泛应用于工业、教育等多种领域，为用户提供在电池供电环境下的便携式低功耗宽带信号源，内部锁设计的电源管理电路可以在长时间不使用信号源时自动进入低功耗或关闭状态。市场上目前尚无可随身携带的信号源产品，可填补市场空白，满足用户的需要，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明中电源管理部分电路示意图；

图3是本发明中SEPIC电路电路图； 

图4是本发明中锁式电路结构图；

图5是本发明中SEPIC电路中的电压反馈网电路；

图6是本发明中DDS信号发生单元；

图7是本发明中DDS信号滤波和调整电路图；

图8是本发明中压控增益放大器和信号调整电路图；

图9是本发明中真直流有效值转换电路图；

图10是本发明中矩形波输出电路；

图11本发明的信号切换输出电路；

图12本发明的信号切换输出电路；

图13是本发明的MCU资源分配图；

图14是本发明的程序控制流程图；

图15是本发明的信号源外观示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本系统是专门为用户提供在电池供电环境下的便携式低功耗宽带信号源，可以提供正弦波、方波及三角波、TTL/CMOS电平等信号的输出。整个系统由电源管理部分M1、信号产生及处理部分M2和信号输出部分M3三部分组成。

电源管理部分M1包括锂电池1、线性稳压电路3、锁式电路4、SEPIC电路2即单端初级电压变换器电路简称。锂电池1作为电源与线性稳压电路3连接，同时与SEPIC电路2连接，线性稳压电路3与锁式电路4相连接，利用线性稳压电路为系统器件提供纹波较小的电源。

信号产生及处理部分M2包括MCU6（MCU即微处理器）、DDS电路9、幅度控制电路8、信号采集电路7、输入输出5。本实施例中输入输出可采用键盘作输入、液晶显示作输出。输入输出5中液晶显示器采用目前常用手机显示屏，节能且显示人性化，可提供夜间背光模式；液晶显示器也可选取低中档分辨率的液晶显示器，可将输出信号的类型、频率及等幅度参数同时在液晶显示屏上显示。MCU采用效率较高的控制程序以缩减键盘中按键数量，减小键盘面积。MCU6负责控制DDS电路9、幅度控制电路8、信号采集电路7、输入输出5；DDS电路9产生的信号通过幅度控制电路8调节幅度，信号采集电路7与幅度控制电路8连接，负责采集信号幅度并转换为直流信号。

信号输出部分M3包括矩形波输出电路11和信号切换输出10。矩形波输出电路11输出矩形波也可作为TTL电平或CMOS电平输出。信号切换输出10可输出正弦波、三角波调制信号。

电源管理部分M1为信号产生及处理部分M2提供电源，信号产生及处理部分M2中的MCU6为锁式电路4提供控制信号，信号产生及处理部分M2中的MCU6控制SEPIC电路2（即单端初级电感变换器电路）里的电压反馈网21。电源管理部分M1中的SEPIC电路2为矩形波输出电路11提供电平，同时为整个信号输出部分M3内部器件提供电源。信号产生及处理部分M2中的MCU控制信号输出部分M3中的矩形波输出电路11和信号切换输出电路10， 信号产生及处理部分M2中的幅度控制电路8与信号输出部分M3中的信号切换输出电路10连接，信号经过幅度控制电路8调整后再经过信号切换输出电路10选择输出。

如图2、图3所示，采用两组、每组2片3.3V锂电池提供电源，线性稳压电路3采用稳压性能高的线性稳压器P1、P2产生正负电源为后级锁式电路4供电。SEPIC电路2可使输入的10V-16V电压变换为输出的5V-24V电压，通过调节数字电位器组成的电压反馈网21，可输出步进电平功率。

电源锁式管理由锁式电路4实现，如图4所示，可由MCU控制电源是否向后级供电，可设定休眠模式，当信号源长时间不用时MCU控制切断电源。若MCU引脚GP29上电平为高，NPN型三极管Q3导通，三极管Q3集电极电平被拉低，三极管Q3集电极与PMOS管Q2栅极连接，PMOS管Q2栅极为低电平，根据P沟道MOS管的工作原理，此时PMOS管Q2导通。当引脚GP29上电平大于(VCC/2)时，比较器U1输出为高电平，比较器U1输出端与NMOS管Q4的栅极连接，根据N沟道MOS管的工作原理，此时NMOS管Q4导通。同理，若引脚GP29为低电平，根据三极管和场效应管工作原理，可推出三极管Q3截止，PMOS管Q2和NMOS管Q4均不导通，此时便构成一电源锁。因此，通过MCU的一个引脚输出的电平高低，可控制锁式电路处于导通或者不导通状态，当长时间不使用信号源时，由MCU引脚控制锁式电路处于不导通状态，切断向后级电路供电。

SEPIC电路输出电平VDR由电压反馈网调控，电压反馈网电路如图5所示，MCU时刻采集VDR电平电压，通过控制数字电位器RD1与电阻R2的分压，调节输出电平FB，输出电平FB作为SEPIC电路控制器的反馈可调整输出电平VDR。因此，MCU通过控制数字电位器RD1的阻值以改变VDR点的电压，在此过程中MCU还不断采集VDR点的电压，当VDR点的电压为设定值时便不再改变数字电位器RD1的阻值。

如图6和图7所示，DDS电路9采用专用DDS发生器芯片输出产生所需要的方波、三角波、正弦波信号；输出信号通过信号调整，并经椭圆滤波器滤除高频噪声。

幅度控制电路8如图8所示，压控放大器采用VGA芯片VCA810提供宽带宽、宽增益调节范围（-40dB至+40dB），其3脚为增益控制引脚，设输入到该引脚的电平为V_C，则增益为                                               ，V_C脚输入电平范围为-2V至0V；采用12bit的TLV5638数模转换器，该D/A内部自带基准电压、可通过设置寄存器输出0V至2.048V电平，通过减法器即可实现输入电平范围为-2V至0V的高精度增益控制；后级调整运放采用轨至轨高速运算放大器THS4221实现10V峰峰值输出。

信号采集电路7如图9所示，采用AD8362真有效值转换芯片U11，由于该芯片要求输入的信号真直流有效值范围为1mV至1V，故采取先将信号衰减10倍，通过真直流转换器再将获取的直流信号放大5倍，再由MCU片内A/D采集。

如图10所示，矩形波输出由DDS发生器芯片产生三角波，通过高速电压比较器和推挽电路输出幅度可调的矩形波，可提供TTL电平或CMOS电平并可做功率输出。

如图11、图12所示，信号输出电路由专用DDS发生器芯片产生三角波、正弦波并选择输出。

如图13所示，本发明微处理器MCU6其引脚资源分配如图所示，采用51系列高性能低功耗微处理器，主要功能是控制信号波形和频率的输出、片内ADC信号采集、控制VGA器件调节放大器增益、扫描键盘及控制液晶显示。

如图14所示，本发明的控制流程为，首先MCU初始化，然后不断扫描键盘是否有输入的信号，键盘扫描到外部输入信号后，经数据采集处理进行处理，并判断当前的信号源波形、频率或幅度是否改变，如果不需要改变则返回，继续扫描键盘输入信号，如果需要改变当前的信号源输出，则进行数据处理，由MCU改变相应参数，调整波形输出。

如图15所示，本发明的外观简约，将信号源体积缩小为手掌大小，可手持、随身携带。外部设有液晶屏51、键盘52，使用锂电池1供电，电池为可充电电池，通过充电器接口101进行充电，信号输出部分M3设在顶端，可操作部分仅有液晶屏51、键盘52、充电器接口101及控制开关机的开关。所有器件采用低功耗小封装器件，可实现电能高效利用。幅度调整精度高，可操作性好。具有良好的人机交互界面，考虑到成本、功耗、显示效果等因素，在设计中输出设备采用手机液晶屏为首选，输入键盘将多项功能集约，减少按键数量，减小体积，操作更方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1. 一种手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，包含

信号产生及处理部分，

由所述信号产生及处理部分控制输出至少两种不同的信号的信号输出部分，

为所述信号产生及处理部分、信号输出部分提供电源的电源管理部分，

在所述信号源超过一预设时间未接收到输入指令信号时，所述电源管理部分由所述信号产生及处理部分控制切断供电。

2.根据权利要求1所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述信号产生及处理部分包括MCU、DDS电路、幅度控制电路、信号采集电路、输入输出。

3.根据权利要求2所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述输入输出包含作为输入的可提供输入指令信号的键盘和作为输出的液晶显示。

4.根据权利要求1所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述MCU控制DDS电路产生信号，并通过幅度控制电路调节幅度后，经与所述幅度控制电路连接的所述信号输出部分中的信号切换输出电路选择输出，由信号采集电路采集幅度控制电路的信号幅度并转换为直流信号反馈输入至所述MCU中。

5.根据权利要求1或3所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述电源管理部分包括提供电源的可充电的锂电池，所述锂电池经线性稳压电路与可向后端电路供电或切断供电的锁式电路连接。

6.根据权利要求5所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述锁式电路的控制信号输入端与所述信号产生及处理部分中的MCU连接，当所述键盘在一预设时间内未接收到输入指令信号时，由所述MCU控制所述锁式电路处于截止状态切断供电。

7.根据权利要求6所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述锁式电路中包含同时与控制信号输入端连接的三极管和比较器，与所述三极管的集电极连接、由所述三极管控制导通的一场效应管，由所述比较器输出端连接控制导通的另一场效应管，所述控制信号输入端与所述三极管的基极、所述比较器的一输入端连接，所述控制信号输入端输入一电平时，与所述三极管连接的场效应管和与所述比较器连接的另一场效应管同时导通或截止。

8.根据权利要求5所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述锂电池还与单端初级电感变换器电路连接。

9.根据权利要求8所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述单端初级电感变换器电路中包含电压反馈网电路，所述电压反馈网电路由所述信号产生及处理部分中的MCU控制。

10.根据权利要求1或9所述的手持式低功耗宽带DDS信号源，其特征是，所述信号输出部分包括矩形波输出电路和可输出正弦波、三角波调制信号的信号切换输出，所述电源管理部分中的单端初级电感变换器电路为所述矩形波输出电路提供电平。

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