CN103399604A - 一种微伏级交流信号产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微伏级交流信号产生装置，由人机界面、处理器、DDS电路、数控衰减电路、滤波电路、信号反馈电路、模拟衰减电路以及输出接口组成。本装置中，处理器控制后级电路产生交流信号，由数控衰减电路和RCC桥式模拟衰减网络对该信号进行精确衰减，通过信号反馈电路闭环调节衰减后信号的幅度值，从而得到微伏级交流信号。

Description

一种微伏级交流信号产生装置

技术领域

本发明涉及信号产生装置，特别涉及一种微伏级交流信号产生装置。

背景技术

随着科技的发展，信号源在通信、测控、导航、雷达等领域有着越来越广泛的应用。信号产生装置作为信号源的核心技术，必须满足输出幅度可调、频率可调等要求。传统的信号源普遍采用DDS产生频率可调的信号，采用模拟电位器或者数字电位器调节输出电压的大小，这些技术的应用虽然能使信号源比较好的达到上述要求，但是普遍存在频带不够宽、幅度精度低、信号噪声大等缺陷。对于需要输出高精度、低幅度、可调制、低噪声、低失真的信号等更严苛的要求，传统的信号源更显得无能为力。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的不足，本发明提出一种微伏级交流信号产生装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微伏级交流信号产生装置，包括人机界面、处理器、DDS电路、数控衰减电路、滤波电路、信号反馈电路、模拟衰减电路以及输出接口。其中，所述人机界面用于获得输出信号的参数，包括输出信号的幅度、频率、调制类型、扫描时间等信息；所述处理器用于控制外围电路并处理数据；

所述DDS电路用于输出频率可控的交流信号，作为数控衰减电路的信号源；所述数控衰减电路能根据处理器给出的控制值对DDS输出的交流信号进行精确衰减并对信号进行调制；所述滤波电路能有效滤除信号在数字化处理过程中带来的噪声与干扰；所述信号反馈电路能精确采集滤波电路输出信号的幅值转换为数字信号提供给处理器分析；所述模拟衰减电路能将滤波电路的输出信号进行再次的精确衰减，并平衡输出信号的幅频曲线；所述输出接口用于电路与外部设备的连接并保证良好的屏蔽功能。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本装置产生的微伏信号比普通函数信号发生器产生的微伏信号精确，分辨率高，在同样的带宽下较高信噪比。

2、本装置产生的微伏信号具有调制效果，与传统函数信号发生器的输出信号相比，在带宽范围内的幅频曲线平坦，且失真度低。

附图说明

图1是微伏级交流信号产生装置的结构图；

图2是一个数控衰减电路的实施例；

图3是滤波电路的结构示意图；

图4是模拟衰减网络的实施例；

图5是信号反馈电路结构示意图。

具体实施例

图1是微伏级交流信号产生装置的结构图。人机界面101、处理器102、DDS电路103、数控衰减104、滤波电路105、信号反馈电路106、模拟衰减网络107以及输出接口108。人机界面101是触摸显示屏，可通过其设置输出波形的参数并交由处理器处理。处理器102采集外围电路反馈信号并加以分析处理。DDS电路103根据处理器给出的控制值输出频率可调的交流信号。数控衰减电路104以DDS电路103的输出信号作为信号源并根据处理器102给出的控制值对信号源的信号进行幅度调制和衰减，滤波电路105接收数控衰减电路104的输出信号并对带外噪声进行大幅度的抑制，滤波后的输出信号一路传输给信号反馈电路106进行幅度采样以实时校准输出信号幅度，另一路输出信号传输给模拟衰减网络107进行衰减得到最终的微伏信号，输出接口108将微伏信号传输给外部设备。

人机界面主要是一种可触摸显示屏，通过其设置输出波形的参数并反馈给处理器。

处理器主要完成对外围电路反馈数据的分析和处理并给出相应的控制信号。

DDS电路主要是DDS芯片及其外围电路。DDS芯片内部包含数控振荡器（NCO）、频率和相位调节器、Signal ROM、数模转换器（DAC）、电压调整器。数控振荡器产生一个初始振荡信号，频率和相位调节器对初始振荡信号进行频率和相位修正。Signal ROM用于寄存交流信号的相位值，数模转换器用于将外围处理器输入的数字值转换为模拟信号输出。电压调整器对输出信号的幅度进行校正。

数控衰减电路利用DDS电路的输出交流信号作为信号源，再根据处理器给出的幅度控制值对交流信号进行幅度控制、包括数控精确衰减与输出波形调制。所述数控衰减电路能将DDS电路的输出信号进行高达12位的精确衰减并且输入信号频带宽度高达200KHz，所述数控衰减电路能实现对波形的调制，例如线性、高斯、脉冲、SinX/X等调制方式。

滤波电路利用有源滤波加无源滤波的方式，能对数控衰减电路的输出信号进行高达9阶次的滤波，对带内的信号基本无影响，对带外的信号能进行大于60dB衰减。

模拟衰减网络利用有源衰减加RCC对称桥式衰减的方式，能对滤波电路的输出信号进行精确大幅度的衰减，以获得带内平坦的幅频曲线和微伏信号输出。

本实施例中，人机界面采用6寸TFT触摸屏，处理器采用ST公司的带ARM内核的STM32F103RBT6，DDS芯片采用ADI公司的可编程单扫描波形发生器AD5932数控衰减芯片采用MAXIM公司生产的宽带高速D/A转换器MAX5353，滤波电路和模拟衰减电路采用ADI公司的高精度超低噪声运算放大器AD8672，信号反馈电路采用ADI公司的真有效值芯片AD637与TI公司的高速A/D转换芯片ADS7822。

图2显示了一个数控衰减电路的实施例。所述U1的反相输入端与U1的输出端直连，所述R1一端接VDD，另一端接R2的一端与U1的同相输入端以及C1的一端，R2的另一端接地。C1的另一端接DDS的输出信号。所述U1的输出端也与U2的REF端直连。所述U2的控制口与U3相连。R1与R2组成一个分压电路以获得直流偏置电压，其中DDS电路输出的交流交流信号连接到AC INPUT端口，通过一个隔直电容C1耦合到U1的同相输入端。U1的同相端信号经R1和R2进行直流偏置之后通过射级跟随器输出到U2的参考电压输入端（REF）。U3给出控制值来控制U2对参考电压输入端的交流交流信号的衰减和幅度调制。经过衰减和调制之后的信号通过U2内部自带的一个运算放大器隔离输出。

图3显示了一个滤波电路的结构示意图。主要包括输入阻抗匹配电路301、3阶巴特沃斯滤波器302，303，304、输出阻抗匹配电路305。输入信号经过阻抗匹配电路301对输入信号进行阻抗变换后输送到后级的滤波电路302。滤波电路302、303、304都是3阶巴特沃斯低通滤波器，滤波电路302、303、304三级级联之后构成一个9阶巴特沃斯低通滤波器，滤波器最终的输出信号经过输出阻抗匹配电路进行阻抗变换后输出给后级。

图4显示了一个模拟衰减网络的实施例。所述U1的反相输入端与U1的输出端直连。所述R1的一端接U1的同相输入端，另一端接地。所述C1的一端接U1的同相输入端，另一端接输入信号Vi。所述C2的一端接U1的输出端，另一端接C3的一端。所述C3的一端接C2的一端，另一端接地。所述C4的一端接U1的输出端，另一端接C5的一端。所述C5的一端接C4的一端，另一端接地。所述R2的一端接U1的输出端，另一端接R3。所述R3的一端接R2的一端，另一端接地。所述C2与C3的端接点、C4与C5的端接点、R2与R3的端接点是连接在一起的。前级的输入信号经过由C1和R1组成的高通滤波器之后进入U1的同相输入端。信号经过由U1构成的射级跟随器之后进入由C2、C3、C4、C5、R2、R3构成的RCC桥式对称衰减网络之后得到衰减后的输出信号Vo。通过调节C2、C3、C4、C5的值可以调节衰减信号的带内平坦度，通过调节R2、R3的值可以调节衰减倍数。

图5显示了一个信号反馈电路结构图。主要包括精密放大电路501、有效值转换电路502、A/D采样电路503。输入信号经过精密放大电路501放大之后进入有效值转换电路502进行有效值转换，将双极性交流信号转换为单极性的直流信号。信号转换为有效值之后进入A/D采样电路503进行A/D转换，得到的数字信号反馈给处理器进行处理。

Claims (5)

1.一种微伏级交流信号产生装置，本装置由人机界面、处理器、DDS电路、数控衰减电路、滤波电路、信号反馈电路、模拟衰减电路以及输出接口组成，其特征在于本装置中，处理器控制后级电路产生交流信号，由数控衰减电路和RCC桥式模拟衰减网络对该信号进行精确衰减，通过信号反馈电路闭环调节衰减后信号的幅度值，从而得到微伏级交流信号。

2.根据权利要求1所述的交流信号产生装置，其特征在于所述信号衰减方式是通过数控衰减和RCC对称桥式模拟衰减网络两级衰减相结合来实现的。

3.根据权利要求1所述的交流信号产生装置，其特征在于所述数控衰减电路，是通过对D/A转换器参考电压输入端接入交流信号进行数字可控衰减实现的。

4.根据权利要求1所述的交流信号产生装置，其特征在于还包括信号反馈电路，对输出信号进行闭环调节以稳定输出信号的幅值。

5.根据权利要求4所述的信号反馈电路，其特征在于该信号反馈电路通过隔离采样来获得输出信号的幅值。

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