示波器校准仪正弦波信号调理模块设计

发布时间：2020-01-28 22:08

【摘要】：随着现代电子技术的发展,示波器逐渐向更高频段、更高精度的方向发展,而作为调试、测试和校准示波器的工具,示波器校准仪产生高精度、高频段、高质量的测试信号就越显重要。本论文设计的高达3.2GHz正弦波信号调理通道,可满足当前大部分示波器校准的需求。正弦波模拟通道板决定了示波器校准仪输出信号的许多参数,如信号幅度、平坦度、谐波噪声等;其如何完成对正弦波信号的调理功能并保证信号纯度,是调理模块的设计难点。本论文的研究的内容主要包括:1、分析调理模块设计指标,提出分段调理设计的总体方案。将信号频段分为可自主产生信号的低频段和由外部提供调理信号的高频段,重点研究设计高频段调理单元。2、低频段信号产生及调理设计。研究了几种信号合成技术,使用直接频率合成技术设计产生低频正弦波信号,将产生的低频信号调理后按指标要求输出。3、高频段信号调理的设计。针对指标要求输出信号的幅度精度和可控最小调理步进,设计了射频信号连续精确可调的压控衰减电路;针对信号输出的幅度范围,使用无源衰减芯片和功率放大芯片设计调理电路,完成功能的实现。4、使用高频继电器和放大/衰减电路实现输入信号选择放大/衰减电路或直通功能,分析在高频电路中使用继电器对调理通路中信号的相互干扰和信号传输频率特性的影响等,并提出相对应的改善措施。5、针对射频信号传输常存在的损耗问题,研究和分析了高速PCB设计中信号的完整性设计,优化高频段信号调理电路的布局布线。
【图文】：

(t)就由相位φ(t)确定。Φ(t) = 2πft （3-2）由公式（3-2）可知，由相位值就可确定频率 f。在时间间隔 TC内，，相位增量Δφ 与频率 f 的关系就可确定，如公式（3-3）。f = 2πTC（3-3）DDS 利用相位增量 与频率 f 之间的关系进行频率合成，比如一个完整周期的正弦波，其相位改变可直观的由一个相位圆表示，如图 3-6 所示。相位圆上的一点对应到正弦波的一个固定的幅度值上，如果将整个相位圆均分为 2N份，那每份就对应着正弦波一个幅度，其中 N 为相位累加器存储的位数，N 越大相位精度越高。本文以 N=4 为例，最低相位分辨率 min= = 2 2 。在频率控制字的控制下，相位累加器每次给出不同的相位值，作为地址从波形存储器中取出波形幅度值完成相位到幅值的变化。幅度值通过 DAC 转变为图 3-6 右侧所示的阶梯状正弦波信号，其变化的频率为 DDS 的系统时钟频率，再将波形平滑处理就可以得到模拟波形信号[12]。

图 3-7AD9910 原理框图AD9910 的原理框图如图 3-7 所示，时钟信号送入 PLL 锁相环，控制系统端口的五根数据线和可编程寄存器的四根控制线，输出波形从 DAC 的差口输出。在 DDS 的电路设计中，重点针对信号线进行设计，保证信号在中尽可能少的减少反射损耗，并和其他干扰源隔离，减少新噪声的引入思路将在第五章的信号完整性设计中做详细阐述。首先对 AD9910 的信及相关参数设计，保证其阻抗匹配到 50Ω；针对其使用的电源和地分配再连接芯片的控制端，合理分配走线，不影响信号传输和电源供电。本设计采用 1.8V 和 3.3V 电源同时供电，并且两种电源同时又分为模拟源。要保证 DDS 输出信号的质量，电源必须用四路单独的电源进行供电路使用 0.1μF 和 10μF 的滤波电容。考虑到如果每一路电源独立使用一个，则会增加电路的复杂程度和浪费设计资源，故所有在接入电源端使用体磁珠隔离电源干扰，使模拟和数字电源相互隔离，充分利用电路中的。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM935.3

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本文编号：2574145