CN106324330A - 一种模拟电路的参数测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟电路的参数测量系统及方法，其特征在于：它包括信号源、被测模拟电路、信号处理电路、模数转换器以及虚拟仪器软件LabVIEW处理程序，其中：信号源产生的信号送至被测模拟电路，被测模拟电路的输出信号通过信号处理电路，信号处理电路的输出信号经过模数转换器，最后模数转换器的输出信号经过虚拟仪器软件LabVIEW处理程序处理。相应的还公开了一种模拟电路的参数测量方法。本发明有效的解决了模拟电路参数测量过程中经过采样后信号失真的问题，减少了信号中间处理过程，有效的抑制了干扰信号，同时实现了模拟电路的参数测量的自动化和实时测量。

Description

一种模拟电路的参数测量系统及方法

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及模拟电路参数－幅度和相位差的测量系统和方法。

背景技术

模拟电路中常用的一些电路如放大电路、整流电路、滤波电路、限幅电路等一直是科学研究和应用的重点，但是对这些电路的参数的测量和相关测量方法的研究往往被忽略。

对模拟电路进行分析、设计的方法主要有两种：软件和硬件方法。由于软件仿真测量方法简单易行，因此国内常用仿真软件对模拟电路进行分析。但是供学生使用的仿真软件如Pspice、Multism等通常是教学版或试用版，元器件库中元件的种类有限，同时这些仿真元件和实际应用中的有较大的差别，得到的数据只有参考价值而无实际的应用价值。其次软件的方法无法实现实时的测量，不能充分考虑到实际测量中出现的问题，只能是对当时实验环境的模拟，测量得到的数据可靠性和实用价值不高。硬件的实现方法主要是使用仪器对模拟电路进行测量，例如扫频仪、频谱分析仪和失真度分析仪等。这些仪器体积较大、价格较高、操作复杂，因此应用并不广泛。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟电路的参数测量系统和方法，本发明克服了对模拟电路进行分析、设计的软件和硬件方法存在的问题：一是，信号处理电路中的乘法器将两个信号相乘，减少了信号中间处理过程，有效的抑制了干扰信号，降低了软硬件实现的复杂度，提高了数据的准确性。二是，模数转换器采集的是直流信号，因此降低了对其性能的要求，避开了采样后信号失真的缺点，提高了系统的可行性。三是，可以同时实时测量模拟电路的参数－幅度和相位差。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：它包括信号源1、被测模拟电路2、信号处理电路3、模数转换器4以及虚拟仪器软件LabVIEW处理程序5，其中：信号源1产生的信号送至被测模拟电路2，被测模拟电路2的输出信号通过信号处理电路3，信号处理电路3的输出信号经过模数转换器4，最后模数转换器4的输出信号经过虚拟仪器软件LabVIEW处理程序5处理。

所述信号源1采用的是移相电路。

所述被测模拟电路2，即是待测的模拟电路，例如放大电路、整流电路、滤波电路、限幅电路等。

所述信号处理电路3由乘法器、二阶有源低通滤波电路和电压跟随器构成。

所述模数转换器4采用的是美国NI公司生产的数据采集卡PCI-6024E，它内部集成有一个12位的模数转换器。

一种模拟电路的参数测量方法，包括如下步骤：

1)由信号源1产生两路相同频率且正交的正弦模拟信号A₁sinωt、A₁cosωt。

2)步骤1)中产生的一路信号A₁sinωt通过被测模拟电路2产生信号

3)将步骤1)中产生的两路信号A₁sinωt、A₁cosωt和步骤2)中产生的信号 在信号处理电路3中分别相乘，然后做滤波处理，滤除二次及二次以上的谐波 后得到直流信号

4)将步骤3)中产生的直流信号送入模数转换器4进行模拟-数字转换得到数字直流信号。

5)利用LabVIEW软件对步骤3)中产生的数字信号进行处理，得到模拟电路的参数－相位差和幅度A₂。

以上步骤1)～步骤4)中的计算过程如数学表达式1-1～1-3所示。

令

则

本发明的有益效果：

本发明的模拟电路的参数测量系统采用了产生信号－信号处理－模数转换－信号再处理的系统结构，实现了模拟电路参数－幅度和相位差的实时测量。

本发明的技术方案采用了信号源1、被测模拟电路2、信号处理电路3、模数转换器4以及虚拟仪器软件LabVIEW处理程序5构建了模拟电路的参数测量系统，实现了测量的自 动化。

本发明的模拟电路的参数测量系统的测量方法有效的解决了采样后信号失真的问题，减少了信号中间处理过程，有效的抑制了干扰信号。

附图说明 图1是本发明的系统框图

图2是本发明的系统原理框图

图3是本发明的信号源电路图

图4是本发明的信号处理电路图

图5是本发明虚拟仪器软件LabVIEW处理程序流程图

图6是本发明计算幅度子程序流程图

图7是本发明计算相位差子程序流程图

具体实施方式 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的系统框图。如图1所示,本发明提供的一种模拟电路的参数测量系统的实施例中，包括信号源1、被测模拟电路2、信号处理电路3、模数转换器4以及虚拟仪器软件LabVIEW处理程序5，其中：信号源1产生的信号送至被测模拟电路2，被测模拟电路2的输出信号通过信号处理电路3，信号处理电路3的输出信号经过模数转换器4，最后模数转换器4的输出信号经过虚拟仪器软件LabVIEW处理程序5处理。

图2为本发明的系统原理框图。如图2所示，信号源1采用移相电路，信号处理电路3由乘法器、二阶有源低通滤波电路和电压跟随器构成。本发明实施例中被测模拟电路2、模数转换器4、虚拟仪器软件LabVIEW是本领域技术人员所公知的现有技术。其中被测模拟电路2，即为待测的模拟电路，例如放大电路、整流电路、滤波电路、限幅电路等；模数转换器4，采用的是美国NI公司生产的数据采集卡PCI-6024E；虚拟仪器软件LabVIEW处理程序5是利用虚拟仪器软件LabVIEW编写的软件处理程序，用来处理数字直流信号。

图3是本发明的信号源电路图。信号源的作用是为整个系统提供两路相同频率且正交的信号A₁sinωt、A₁cosωt。集成运算放大器OP07的反相输入引脚2与100KΩ电阻R1、R2连接，电阻R1的另一端作为信号源电路的输入端IN，电阻R2的另一端与集成运算放大器的输出引脚6连接作为信号源电路的输出端OUT。集成运算放大器OP07的同相输入引脚3与510KΩ的电位器R3、0.01μF的电容C1连接，电位器R3的另一端与信号源电路的输入端IN连接，电容C1的另一端与1KΩ电阻R5连接，电阻R5的另一端与信号源电路的输出端OUT连接。集成运算放大器OP07的引脚7、4分别连接+12V、-12V电源，引脚1、5、8悬空不接。通过调节电位器R3的阻值，可以得到在不同频率点的两个相同频率且正交的信 号。综上所述由集成运算放大器OP07、电阻R1、R2、R5、电位器R3以及电容C1构成的移相电路作为整个系统的信号源。

图4是本发明的信号处理电路图。本发明专利实施例的信号处理电路中，信号源产生的两路相同频率且正交的信号A₁sinωt、A₁cosωt和信号分别相乘，然后做滤波处理，滤除二次及二次以上的谐波后得到直流信号 如图4所示，本发明专利实施例的信号处理电路由一片MLT04(J2)、两片OP07(U11与U21)构成的两个二阶有源低通滤波电路以及两片OP07(U12与U22)构成的两个电压跟随器组成。

信号A₁sinωt、A₁cosωt和信号首先进入信号处理电路中的乘法器进行乘法运算。乘法电路中选取了ADI公司的MLT04芯片，它有四个独立输入通道，本发明专利实施例中仅用到了通道1、2，电压输入、输出，乘法运算无需外部元件，电压输出为W＝X×Y/2.5。其电路连接如图4所示，引脚连接如下：

(1)MLT04采用双电源供电，J2的5、14引脚分别为+5V、-5V电源端，分别接+5V、-5V电源；且5、14引脚分别与0.1μF的极性电容C9的正极和C10的负极连接，C9和C10的另一端接地。

(2)引脚2、8、11和17为接地端，接GND。

(3)J2的通道1中的被乘数X1(引脚3)与图3中的信号源电路的输入端IN连接，乘数Y1(引脚4)与被测模拟电路的输出端连接，乘积W1(引脚1)与500KΩ的电位器R12连接；

(4)J2的通道2中的被乘数X2(引脚7)与被测模拟电路的输出端连接，乘数Y2(引脚6)与信号源电路的输出端OUT连接，乘积W2(引脚9)与500KΩ的电位器R22连接；

(5)J2其余的引脚均悬空不接。

两片OP07(U11与U21)与电阻、电容等构成的两个二阶有源低通滤波电路用来滤除二次及二次以上的谐波其电路连接如图4所示，引脚连接如下：

(1)OP07采用双电源供电，两片OP07的4、7引脚为-12V与+12V电源端。U11的4、7引脚分别接-12V与+12V电源，且4、7引脚分别接1μF的极性电容C13、C14，其中4引脚接电容C13的负极，正极接地，7引脚接极性电容C14的正极，负极接地；U21的4、7 引脚分别接-12V与+12V电源，且4、7引脚分别接1μF的极性电容C23、C24，其中4引脚接电容C23的负极，正极接地，7引脚接极性电容C24的正极，负极接地；

(2)U11的同相输入引脚3与0.01μF的电容C12、500KΩ的电位器R14连接，C12的另一端接地，R14的另一端与500KΩ的电位器R12连接，R12的另一端与J2的引脚1连接；U21的同相输入引脚3与0.01μF的电容C22、500KΩ的电位器R24连接，C22的另一端接地，R24的另一端与500KΩ的电位器R22连接，R22的另一端与J2的引脚9连接；

(3)U11的反相输入引脚2与输出端引脚6连接；U21的反相输入引脚2与输出端引脚6连接；

(4)U11的1、8引脚接一个三引脚的10K电位器R15的1、3引脚，该电位器的2引脚与电容C14的正极连接，用作调零电阻；U21的1、8引脚接一个三引脚的10K电位器R25的1、3引脚，该电位器的2引脚与电容C24的正极连接，用作调零电阻；

(5)U11的输出引脚6与0.047μF的电容C11、100pF的电容C15连接，C11的另一端与电位器R12、R14连接，C15的另一端接地；U21的输出引脚6与0.047μF的电容C21、100pF的电容C25连接，C21的另一端与电位器R22、R24连接，C25的另一端接地；

(6)U11与U21的5引脚悬空不接。

两片OP07(U12与U22)与电阻、电容等构成的两个电压跟随器，能够起到隔离与缓冲的作用。其电路连接如图4所示，引脚连接如下：

(1)OP07采用双电源供电，两片OP07的4、7引脚为-12V与+12V电源端。U12的4、7引脚分别接-12V与+12V电源，且4、7引脚分别接1μF的极性电容C16、C17，其中4引脚接电容C16的负极，正极接地，7引脚接极性电容C17的正极，负极接地；U22的4、7引脚分别接-12V与+12V电源，且4、7引脚分别接1μF的极性电容C26、C27，其中4引脚接电容C26的负极，正极接地，7引脚接极性电容C27的正极，负极接地；

(2)U12的同相输入引脚3与U11的输出引脚6连接；U22的同相输入引脚3与U21的输出引脚6连接；

(3)U12的反相输入引脚2与输出端引脚6连接；U22的反相输入引脚2与输出端引脚6连接；

(4)U12的1、8引脚接一个三引脚的10K电位器R16的1、3引脚，该电位器的2引脚与C17的正极连接，用作调零电阻；U22的1、8引脚接一个三引脚的10K电位器R26的1、3引脚，该电位器的2引脚与C27的正极连接，用作调零电阻；

(5)U12的输出引脚6与100pF的电容C18连接，C18的另一端接地；U22的输出 引脚6与100pF的电容C28连接，C28的另一端接地；U12的输出引脚6作为信号处理电路的一个输出端输出余弦直流量而U22的输出引脚6作为信号处理电路的另一个输出端输出正弦直流量

(6)U12与U22的5引脚悬空不接。

图5是本发明虚拟仪器软件LabVIEW处理程序流程图。系统上电，启动模数转换器，开始采集数据，将采集到的数据进行模数转换后存储到数据存储器中，然后令采集到的数据 调用计算相位差和幅度A₂的子程序，最终得到模拟电路的参数相位差和幅度A₂。

图6是本发明计算幅度子程序流程图。子程序开始后，依次计算m²、n²、m²+n²、 和最终得到模拟电路的参数幅度A₂。

图7是本发明计算相位差子程序流程图。子程序开始后，依次计算和最终得到模拟电路的参数相位差

Claims (7)

1.一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：它包括信号源、被测模拟电路、信号处理电路、模数转换器以及虚拟仪器软件LabVIEW处理程序，其中：信号源产生的信号送至被测模拟电路，被测模拟电路的输出信号通过信号处理电路，信号处理电路的输出信号经过模数转换器，最后模数转换器的输出信号经过虚拟仪器软件LabVIEW处理程序处理。

2.根据权利要求1 所述的一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：所述信号源是由集成运算放大器OP07、电阻、电位器和电容构成的移相电路作为信号源。

3.根据权利要求1 所述的一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：所述信号处理电路由乘法器、有源低通滤波电路以及电压跟随器组成。

4.根据权利要求1、3 所述的一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：所述乘法器采用ADI公司的MLT04芯片。

5.根据权利要求1、3 所述的一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：所述有源低通滤波电路是由集成运算放大器OP07、电阻和电容构成的二阶有源低通滤波电路作为有源低通滤波电路。

6.根据权利要求1、3 所述的一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：所述电压跟随器是由集成运算放大器OP07、电阻、电容等构成。

7.根据权利要求1所述的一种模拟电路的参数测量系统，其特征在于：所述模数转换器使用的是美国NI公司生产的数据采集卡PCI-6024E。