网络导纳测试

网络导纳测试第一页，共二十八页，编辑于2023年，星期三摘要本系统主要有两大部分组成,一部分是由FPGA和AD9851组成的DDS信号源,信号出来经过滤波,电压放大,功率放大,然后驱动网络负载;另一部分是由单片机DS89C430和AD637,AD8302,MAX197构成的数据处理系统,AD637主要负责采集从网络负载的电压和电流的有效值,然后送入MAX197进行数据处理得到导纳模,AD8302则可以直接测量出两组信号也是电压电流的相位差,既完成导纳模的测量.关键字:导纳模,导纳角,DDS,AD637,AD8302,MAX197第二页，共二十八页，编辑于2023年，星期三一方案论证与比较方案一：使用集成函数发生器芯片集成函数芯片有ICL8038等。ICL8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波四种不同的波形，将它作为正弦信号发生器。它是电压控制频率的集成芯片，失真度很低。可输入不同的外部电压来实现不同的频率输出。但是做到100HZ的频率步进比较难实现.所以放弃.第三页，共二十八页，编辑于2023年，星期三方案二双DA利用FPGA和双DA实现的软件DDS也是一种比较好的方法,但是做出来的频率和DA的转换速率,失真度和DA的精度都有关,而且对数据的处理也比较麻烦.第四页，共二十八页，编辑于2023年，星期三方案三：直接数字频率合成（DDS）直接数字频率合成技术是根据相位间隔对正弦信号进行取样、量化、编码，然后储存在EPROM中构成一个正弦查询表。频率合成时，相位累加器在参考时钟的作用下对时钟脉冲进行计数，同时将累加器输出的累加相位与频率控制字K预置的相位增量相加，以相加后的吉果形成正弦查询表的地址；取出表中与该相位对应的单元中的幅度量化正弦函数值，经D／A转换器输出模拟信号，再经低通滤波器平滑得到符合要求的模拟信号。第五页，共二十八页，编辑于2023年，星期三方案选择综合比较以上方案，结合信号发生器产生的频率稳定度和精确度要求，我们选择DDS直接数字频率合成。一方面，DDS较信号发生器更容易精确控制；另一方面，DDS较锁相式频率合成外设少，更容易实现。第六页，共二十八页，编辑于2023年，星期三数据处理和实现部分我们采用直接测量测量流过一端口网络的电流和网络上的电压降，送单片机处理（Y=I/U）得到导纳模。捕捉一端口网络输出电压和电流的特性曲线，比较它们的相位差可以得到导纳角，从而可以得到电导G=Re[Y]=|Y|,导纳B=Im[Y]=|Y|第七页，共二十八页，编辑于2023年，星期三系统总体设计和单元电路本系统主要有信号发生源,自制网络负载,真有效值转换,相位差测量,人机界面显示等构成,其系统结构如下图所示:第八页，共二十八页，编辑于2023年，星期三系统总图FPGADDS滤波功放网络负载电压取样RMSDCA/D处理LED显示DS89C430按键I/V变换电压取样两级放大RMSDCA/D处理AD8302相位测量A/D处理第九页，共二十八页，编辑于2023年，星期三主要模块电路设计1.信号源电路第十页，共二十八页，编辑于2023年，星期三2.AD9851电源电路第十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期三3.滤波电路第十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期三滤波电路电容的选择根据Fosc=10^5/(3*Cosc),我们所需的频率由于只到10KHZ,所以选了15K的截止频率,经过仿真,电容选了40PF的,出来的效果非常好.第十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期三4.甲乙管对称放大功放电路设计第十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期三5.自制网络第十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期三6.网络电压取样电路第十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期三电压取样电路注意点:因为达林顿管出来的电流非常大,如果出来直接采电压的话直接送给AD637可能会烧坏,所以出来的电流经过两个相同的电阻限流,采集网络电压的一半.第十七页，共二十八页，编辑于2023年，星期三7.信号第一级放大电路由于经过网络负载后电压衰减得很厉害,所以采用AD620来实现信号的前级放大,AD620是一种低功耗的仪用放大器，特别适合做小信号的前置放大级，经AD620放大后的小信号失真度很小,经验证,出来后电压可以放大到7.2V,而且失真很小.第十八页，共二十八页，编辑于2023年，星期三8.AD620典型应用电路第十九页，共二十八页，编辑于2023年，星期三AD620放大倍数的计算G=49.4K/Rg+1Rg是AD6201脚和8脚之间的电阻值第二十页，共二十八页，编辑于2023年，星期三9.二级放大第二十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期三10.真有效值电路典型设计第二十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期三AD637注意问题1.输入信号范围:正负15V供电0—7V正负5V供电0—4V2.具有分贝输出0—60DB对应0.1V—2V3.频带:输入信号200mv,频率上限600KHZ输入电压>1V时,频率上限8MHZ第二十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期三11.导纳模测量电路第二十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期三12.AD8302典型应用电路第二十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期三AD8302注意点1.AD8302是ADI公司生产的用于RF／IF幅度和相位测量的新型芯片，可测量两输入信号之间的幅度比和相位差,因此可以测量I/U和电流电压的相位差第二十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期三2.测量增益时,2个动态信号的范围为正负30DB,对于-30DB输