CN212514870U

CN212514870U - 一种低压信号源

Info

Publication number: CN212514870U
Application number: CN202021245270.6U
Authority: CN
Inventors: 云浩; 李亮; 张益舟; 汪亮; 王雷; 桂春; 石岩
Original assignee: Research Institute of Nuclear Power Operation; China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd; Jiangsu Nuclear Power Corp
Current assignee: Research Institute of Nuclear Power Operation; China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd; Jiangsu Nuclear Power Corp
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2030-06-29

Abstract

本发明涉及电子设备技术领域，具体公开了一种适用于油纸绝缘设备绝缘性能测试仪的DDS低压信号源。所述低压信号源包括：时钟源模块，可提供多路不同频率的时钟信号；DDS模块，连接至所述时钟源模块，并根据所述时钟源模块提供的时钟信号频率，输出不同频率范围的低压信号；以及信号调理模块，连接至所述DDS模块，并对所述DDS模块产生的低压信号进行处理，形成低压输出信号。该低压信号源解决了现有的DDS低压信号源产生的信号频带范围较窄的技术问题，实现了产生频带范围较宽的输出信号，为绝缘性能测试仪提供了较宽的测试频带，保证了对油纸绝缘设备绝缘性能测试的准确性。

Description

一种低压信号源

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，具体涉及一种适用于油纸绝缘设备绝缘性能测试仪的DDS低压信号源。

背景技术

在电力工业中，为保证电力系统安全、高效的运行，对油纸绝缘设备绝缘性能的重视程度越来越高。现有技术中，为了对油纸绝缘设备进行绝缘性能的测试，工作人员通常使用绝缘性能测试仪，而其关键设备在于DDS低压信号源。

目前，直接频率合成(Direct Digital Synthesis，DDS)技术是一种使用离散数字方式，直接生成各种模拟信号波形的技术。与传统的频率合成器相比，DDS拥有低成本、低功耗、快速转换时间和高分辨率等优点，被广泛的应用于信号发生器的设计中。DDS技术是一种新型的信号生成技术，通过离散数学方式，可直接合成各种模拟信号的波形，被广泛应用于电子及电信仪器领域。且目前市场上已经有很多基于该技术的信号源集成芯片

但现有的基于DDS技术设计出的DDS低压信号源，虽然可以被绝缘性能测试仪所采用，但是存在输出频率范围有限、输出信号的杂散大的问题。因此，现亟需一种DDS低压信号源，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压信号源，解决现有的绝缘性能测试仪采用的DDS低压信号源，存在输出频率范围有限、输出信号杂散大的问题。

本发明的技术方案如下：一种低压信号源，所述低压信号源包括：

时钟源模块，可提供多路不同频率的时钟信号；

DDS模块，连接至所述时钟源模块，并根据所述时钟源模块提供的时钟信号频率，输出不同频率范围的低压信号；以及

信号调理模块，连接至所述DDS模块，并对所述DDS模块产生的低压信号进行处理，形成低压输出信号。

所述信号调理模块包括：切换电路、放大去直电路和滤波电路；

其中，所述切换电路与所述DDS模块输出端相连接，并根据所述DDS模块输出的低压信号波形，确定是否将DDS模块输出的低压信号接入所述放大去直电路和所述滤波电路；

所述放大去直电路与所述切换电路相连接，并对输入放大去直电路的低压信号进行放大去直；

所述滤波电路与所述放大去直电路相连接，并对输入滤波电路的信号进行滤波处理。

所述时钟源模块包括：

有源晶振，提供一定频率的晶振信号；

第一计数器，连接至所述有源晶振，并对所述晶振信号进行分频，获得第一分频信号；

第二计数器，连接至所述第一计数器，并对所述第一分频信号进行分频，获得第二分频信号；

多路选择器，分别与所述第一计数器、所述第二计数器相连接，并控制所述第一分频信号和/或第二分频信号接入所述DDS模块。

所述低压信号源还包括处理器，所述处理器可向所述多路选择器发送控制信号，所述多路选择器根据控制信号，分别选择所述第一分频信号和/或第二分频信号作为时钟信号接入所述DDS模块。

所述DDS模块输入端在接入所述第一分频信号时，产生高频输出信号；所述DDS模块输入端在吉尔所述第二分频信号时，产生低频输出信号。

所述DDS模块输出的低压信号包括正弦波信号，或方波信号，或三角波信号。

所述DDS模块包括AD8933芯片及其外围电路，其中，所述AD8933芯片的5号引脚接入所述时钟源模块；所述AD8933芯片的2号引脚接入电源VCC，同时连接电容C16一端以及电容C17一端；电容C17的另一端接地；电容C16的另一端与所述AD8933芯片的1号引脚；所述AD8933的3号引脚通过并列的电容C18、C19接地；所述AD8933芯片的10号引脚为所述DDS模块输出端，其与所述信号调理模块相连接，同时，所述AD8933芯片的10号引脚通过电容C20接地；所述AD8933芯片的9号引脚接地。

所述DDS模块输出信号的频率通过以下公式确定：

其中，f_out为AD8933芯片输出信号频率值；f_CLK为接入AD8933芯片的时钟信号频率；N为AD8933芯片内部频率控制寄存器的长度；M为频率控制字的长度，且所述M的最小值为1，最大值为2^N-1。

所述DDS模块输出正弦波信号和方波信号；所述DDS模块输出正弦波信号时，所述切换电路将所述DDS模块输出信号接入所述放大去直电路和滤波电路；所述DDS模块输出为方波信号时，所述切换电路将DDS模块输出信号直接引出形成低压输出信号。

所述切换电路包括第一切换开关以及第二切换开关，其中，所述第一切换开关的输入端与所述DDS模块的输出端相连接，所述第一切换开关的第一输出端通过线路连接放大去直电路、滤波电路后，并与所述第二切换开关的第一输入端相连接；所述第一切换开关的第二输出端直接与所述第二切换开关的第二输入端相连接，所述第二切换开关的输出端形成DDS低压信号源的输出端；利用所述第一切换开关以及第二切换开关，实现所述信号调理模块在导线，与放大去直电路及滤波电路二者之间进行切换。

所述切换电路采用CD4052芯片；所述放大去直电路的放大器采用INA128；所述滤波电路采用Sallen-Key低通滤波器。

所述第一计数器的分频系数设为所述晶振信号的频率值；所述第二计数器的分频系数设为100。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种低压信号源，可提供适用于油纸绝缘设备性能测试仪的DDS低压信号源，通过时钟源模块包括的第一计数器及第二计数器，将有源晶振的晶振信号进行分频，得到两个时钟信号；并在多路选择器的控制下，接入DDS模块，以便DDS模块在两个时钟信号的影响下产生不同频率范围的低压信号，以此解决现有的DDS低压信号源产生的信号频带范围较窄的技术问题，实现了产生频带范围较宽的输出信号，为绝缘性能测试仪提供了较宽的测试频带，保证了对油纸绝缘设备绝缘性能测试的准确性；此外，本发明所述的一种低压信号源还包括信号调整模块。在DDS模块产生的信号波形为正弦波时，通过切换电路接入放大去直电路及滤波电路，对正弦波信号进行放大、去直及滤波处理，滤除其中的量化噪声，提高输出信号的信噪比。在DDS模块产生方波信号时，直接输出方波信号。通过信号调理模块将正弦波信号的幅值放大，滤除直流分量及量化噪声，实现了产生符合绝缘性能测试要求的低压信号，降低了DDS低压电源的输出信号的杂散性。

附图说明

图1为本发明所述的一种低压信号源结构示意图；

图2为本发明所述的一种低压信号源中时钟模块结构示意图；

图3为本发明所述的一种低压信号源中DDS模块结构示意图；

图4为本发明所述的一种低压信号源中信号调理模块结构示意图；

图5为本发明所述的一种低压信号源中信号调理模块的切换电路结构示意图；

图6为本发明所述的一种低压信号源中信号调理模块的放大去直电路结构示意图；

图7为本发明所述的一种低压信号源中信号调理模块的滤波电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所述，一种低压信号源，包括时钟源模块，DDS模块以及信号调理模块，其中，时钟源模块的输出端与DDS模块的输入端相连接，用于为DDS模块提供时钟信号；DDS模块的输出端与信号调理模块的输入端相连接，利用信号调理模块对DDS模块产生的低压信号进行处理，获得频率范围较大、信号杂散较低的输出信号，作为DDS低压信号源的输出。DDS模块根据时钟源模块输入的时钟信号的频率，输出不同频率范围的低压信号；DDS模块输出的低压信号波形主要包括正弦波信号和方波信号。

时钟源模块用于为DDS模块产生工作所需的时钟信号，由于绝缘性能测试仪所需信号的频带范围较宽，单一的时钟信号难以满足DDS低压信号源的需求。如图2所述，时钟源模块包括有源晶振、第一计数器、第二计数器以及多路选择器，其中，有源晶振的输出端与第一计数器的输入端相连接，第一计数器的输出端通过一条线路与第二计数器的输入端相连接，同时，第一计数器的输出端通过另一条线路与多路选择器的输入端相连接；第二计数器的输出端同时也与多路选择器的输入端相连接，且多路选择器的输出端与DDS模块的输入端相连接。

时钟源模块用于为DDS模块提供两种不同的时钟信号。其中，时钟源模块的有源晶振产生的晶振信号输入第一计数器，第一计数器用于对晶振信号进行分频，得到第一分频信号。第一分频信号作为DDS模块的一路时钟信号；同时输入第二计数器，第二计数器用于对第一分频信号进行二次分频，得到第二分频信号，作为DDS模块的另一路时钟信号。第一分频信号及第二分频信号通过多路选择器的控制，送入DDS模块，为DDS模块提供时钟信号。

DSS低压信号源还包括处理器，多路选择器根据处理器发送的控制信号，控制接入DDS模块的时钟信号。具体地，在控制信号为低电平时，多路选择器用于选择接入DDS模块的时钟信号为第一分频信号；以及，在控制信号为高电平时，多路选择器用于选择接入DDS模块的时钟信号为第二分频信号。例如，在DDS低压信号源需要输出低频率，例如0.1mHz-1Hz的输出信号时，处理器向多路选择器发送高电平控制信号，使多路选择器选择第二分频信号作为时钟信号送入DDS模块。同时，在DDS低压信号源需要输出高频率，例如1Hz-10kHz的输出信号时，处理器向多路选择器发送低电平控制信号，使多路选择器选择第一分频信号作为时钟信号送入DDS模块。

第一计数器采用74161芯片，其分频系数设置为晶振信号的频率值；第二计数器采用CD4518芯片，其分频系数设置为100；多路选择器采用CD4051芯片。例如，有源晶振采用8MHz的晶振，用于产生8MHz的晶振信号，输入至74161芯片中进行八分频后，得到1MHz的第一分频信号；然后1MHz的第一分频信号输入至CD4518芯片中，以分频系数100完成第二次分频，得到10kHz的第二分频信号；同时将1MHz的第一分频信号及10kHz的第二分频信号送入CD4051多路选择器中进行控制，最终送入DDS模块。

DDS模块根据时钟源模块输入的时钟信号，产生不同频率的低压输出信号。DDS模块采用AD8933芯片，其输出信号的频率，由以下公式确定：

根据上述公式，在输入的时钟信号为第一分频信号时，DDS模块用于产生高频输出信号；在时钟信号为第二分频信号时，DDS模块产生的输出信号为低频信号，以此实现DDS模块产生频率范围较宽的输出信号。

DDS模块根据处理器不同的控制命令，输出不同波形的输出信号，且输出信号的波形主要包括正弦波信号、方波信号以及三角波信号，其中，正弦波可以用于绝缘性能测试仪所需的频域介电谱(Frequency Domain Spectroscopy，FDS)测量，而方波则可以用于极化/去极化电流法(Polarization and Depolarization，PDC)测量。

如图3所示，DDS模块主要包括AD8933芯片及其外围电路，其中，AD8933芯片的5号引脚用于接入时钟信号，与时钟源模块的多路选择器的输出端相连接。AD8933芯片的2号引脚接电源VCC，同时连接电容C16的一端及电容C17的一端；电容C17的另一端接地；电容C16的另一端连接AD8933芯片的1号引脚。同时，AD8933芯片的3号引脚连接电容C18的一端及电容C19的一端；电容C18的另一端与电容C19的另一端连接后接地。AD8933芯片的10号引脚用于输出DDS模块产生的低压信号，连接信号调理模块的输入端，同时连接电容C20的一端，电容C20的另一端接地。AD8933芯片的9号引脚也接地。

DDS模块在时钟源模块的作用下，产生了频率范围较宽的低压输出信号后，将输出信号送入信号调理模块的输入端。

如图4所示，信号调理模块主要包括切换电路、放大去直电路以及滤波电路，其中，切换电路的输入端与DDS模块的输出端相连接，切换电路的输出端一条线路通过串联的放大去直电路、滤波电路，形成DDS低压信号源的输出端，切换电路的输出端另一条线路直接形成DDS低压信号源的输出端；切换电路可根据DDS模块的输出信号波形，确定是否选择接入放大去直电路和滤波电路。

DDS模块可产生正弦波信号及方波信号。在DDS模块产生的低压信号为正弦波信号时，切换电路接入放大去直电路及滤波电路；其中，放大去直电路用于对正弦波信号进行放大去直处理；滤波电路用于对放大去直后的正弦波信号进行滤波。在DDS模块产生的低压信号为方波信号时，切换电路不接入放大去直电路及滤波电路，用于直接输出低压方波信号。

切换电路主要包括第一切换开关以及第二切换开关，其中，第一切换开关的输入端与DDS模块的输出端相连接，第一切换开关的第一输出端通过线路连接放大去直电路、滤波电路后，并与第二切换开关的第一输入端相连接；第一切换开关的第二输出端直接与第二切换开关的第二输入端相连接，第二切换开关的输出端形成DDS低压信号源的输出端。利用第一切换开关以及第二切换开关，可实现信号调理模块在导线，与放大去直电路及滤波电路二者之间进行切换。

如图5所示，切换电路选用CD4052双四路选择器，构成双刀双掷开关以进行电路的切换；CD4052双四路选择器内置有控制电路；控制电路的输入端连接CD4504电平转换电路的输出端；CD4504的输入端连接EN及Channel两个逻辑控制位，用于分别提供输出使能/禁止，及通道切换的功能。

CD4052双四路选择器的信号输入端及信号输出端之间，通过双刀双掷的开关连接有正弦波调理电路，即放大去直电路及滤波电路。其中，信号输入端一侧的开关用于基于输入的信号波形，选择是否接入正弦波调理电路；信号输出端一侧的开关用于根据信号输入端一侧开关的选择，接通电路输出信号。例如，在DDS模块产生的低压信号波形为方波信号的情况下，控制电路根据方波信号控制信号输入端一侧的开关不接入含有正弦波调理电路的通路，而接入导线；信号输出端一侧的开关，根据信号输入端一侧开关的接入情况，接通导线，直接输出方波信号。而在DDS模块产生的低压信号波形为正弦波时，控制电路控制CD4052双四路选择器接入正弦波调理电路，即放大去直电路及滤波电路。

如图6所示，放大去直电路包括放大器，例如放大器INA128，其G1及G2端口之间连接有增益调整电位器R_G；INA128的反相输入端接地，正相输入端接DDS模块产生的低压正弦波信号V_in；偏置电压引脚REF连接一个直流偏置调整电位器R_REF，且R_REF两端分别连接+12V及-12V电源。INA128的输出端V_out连接滤波电路的输入端。放大器INA128用于将DDS模块产生的低压正弦波信号进行放大，然后去除直流偏置，直至正弦波信号的电压幅值满足油纸绝缘设备绝缘性能测试仪的测试应用要求。

如图7所示，滤波电路采用Sallen-Key电路，其包括电路、电容以及放大器，电阻R₁的一端接入放大去直后的正弦波信号，电阻R₁的另一端连接电阻R₂的一端，同时连接电容C₁的一端；电容C₁的另一端连接放大器的输出端，同时连接DDS低压信号源的输出端；电阻R₂的另一端连接放大器的正相输入端，同时连接电容C₂的一端；电容C₂的另一端接地；放大器的反相输入端连接电阻R₃的一端及电阻R₄的一端；电阻R₃的另一端接地；电阻R₄的另一端连接放大器的输出端，同时连接DDS低压信号源的输出端；放大器的输出端为DDS低压信号源的输出端。

滤波电路采用低通滤波器，阻尼系数为1，增益为1。滤波电路中的放大器可选用OP27，或者选用其他具有运算放大功能的放大器。

Claims

1.一种低压信号源，其特征在于，所述低压信号源包括：

时钟源模块，可提供多路不同频率的时钟信号；

2.根据权利要求1所述的一种低压信号源，其特征在于，所述信号调理模块包括：切换电路、放大去直电路和滤波电路；

3.根据权利要求1所述的一种低压信号源，其特征在于，所述时钟源模块包括：

有源晶振，提供一定频率的晶振信号；

4.根据权利要求3所述的一种低压信号源，其特征在于，所述低压信号源还包括处理器，所述处理器可向所述多路选择器发送控制信号，所述多路选择器根据控制信号，分别选择所述第一分频信号和/或第二分频信号作为时钟信号接入所述DDS模块。

5.根据权利要求3所述的一种低压信号源，其特征在于，所述DDS模块输入端在接入所述第一分频信号时，产生高频输出信号；所述DDS模块输入端在吉尔所述第二分频信号时，产生低频输出信号。

6.根据权利要求1所述的一种低压信号源，其特征在于，所述DDS模块输出的低压信号包括正弦波信号，或方波信号，或三角波信号。

7.根据权利要求1所述的一种低压信号源，其特征在于，所述DDS模块包括AD8933芯片及其外围电路，其中，所述AD8933芯片的5号引脚接入所述时钟源模块；所述AD8933芯片的2号引脚接入电源VCC，同时连接电容C16一端以及电容C17一端；电容C17的另一端接地；电容C16的另一端与所述AD8933芯片的1号引脚；所述AD8933的3号引脚通过并列的电容C18、C19接地；所述AD8933芯片的10号引脚为所述DDS模块输出端，其与所述信号调理模块相连接，同时，所述AD8933芯片的10号引脚通过电容C20接地；所述AD8933芯片的9号引脚接地。

8.根据权利要求7所述的一种低压信号源，其特征在于，所述DDS模块输出信号的频率通过以下公式确定：

9.根据权利要求2所述的一种低压信号源，其特征在于，所述DDS模块输出正弦波信号和方波信号；所述DDS模块输出正弦波信号时，所述切换电路将所述DDS模块输出信号接入所述放大去直电路和滤波电路；所述DDS模块输出为方波信号时，所述切换电路将DDS模块输出信号直接引出形成低压输出信号。

10.根据权利要求2或9所述的一种低压信号源，其特征在于，所述切换电路包括第一切换开关以及第二切换开关，其中，所述第一切换开关的输入端与所述DDS模块的输出端相连接，所述第一切换开关的第一输出端通过线路连接放大去直电路、滤波电路后，并与所述第二切换开关的第一输入端相连接；所述第一切换开关的第二输出端直接与所述第二切换开关的第二输入端相连接，所述第二切换开关的输出端形成DDS低压信号源的输出端；利用所述第一切换开关以及第二切换开关，实现所述信号调理模块在导线，与放大去直电路及滤波电路二者之间进行切换。

11.根据权利要求2所述的一种低压信号源，其特征在于，所述切换电路采用CD4052芯片；所述放大去直电路的放大器采用INA128；所述滤波电路采用Sallen-Key低通滤波器。

12.根据权利要求3所述的一种低压信号源，其特征在于，所述第一计数器的分频系数设为所述晶振信号的频率值；所述第二计数器的分频系数设为100。