TOP5 智能化頻率特性測試儀系統電路

　　繼電器譯碼電路的作用是在單片機的控制下將1 536個測試點中的某兩個測試點接入相應的測試電路。比如譯碼電路選中測試點1的輸入繼電器Kat和測試點2的輸出繼電器Kab，外部的被測電纜通過這兩個測試點接入相應的測試電路，從而實現了導通或者絕緣測試。為了實現這樣的功能譯碼電路可以分為地址鎖存電路，輸入繼電器譯碼電路和輸出繼電器譯碼電路。以輸入地址鎖存電路為例，其原理如圖5，圖6所示。

　　單片機P0口作為數據總線將地址信號送給鎖存器74HC573，同時P2.4，P2.5，P2.6，P2.7驅動HC138譯碼器形成鎖存有效信號，使地址信號鎖存在74HC573，由于地址信號為11位，所以需要單機發送兩次地址信息。當11位地址準備完畢后，由單片機發送地址有效信號，將地址信號送給譯碼電路。

　　輸入繼電器譯碼電路和輸出繼電器譯碼電路具有相同的電路結構，以輸入繼電器譯碼電路為例，可以分為三級譯碼電路，每一級譯碼電路由總線隔離芯片 74HC245，3～8線譯碼器74HC138和其他邏輯控制電路組成。第一級譯碼電路由11位地址信號中AT10，AT09，AT08，AT07組成，負責選擇12塊單板中的某一塊;第二級譯碼電路由AT06，AT05，AT04，AT03組成，負責選擇某塊單板中的某一行;第三級譯碼電路由 AT02，AT01，AT00組成，負責選擇某塊單板中的某一列，這樣行列交叉就選中某一個測試點的輸入繼電器驅動電路，從而將該測試點接入了測試電路。地址信號在單板與單板之間經過74HC245的隔離，防止其驅動能力下降。

　　智能化頻率特性測試儀系統電路設計

　　傳統掃頻儀的信號源大多采用LC 電路構成的振蕩器，大量使用分立元器件來實現各功能，顯示部分采用傳統的掃描顯示器。因此傳統結構的掃頻儀不僅結構復雜、體積龐大、價格昂貴、操作復雜，而且由于各元件分散性大，參數變化容易受外部環境變化影響，精度不高。目前，以Agilent 等為代表的儀器生產廠家提供了多種高性能的頻率特性測試儀。但其產品主要集中在射頻、微波等高頻領域，中低頻段的產品相對缺乏。本文基于直接數字頻率合成（DDS）的技術思想，采用DSP 和FPGA 架構的現代數字信號處理技術，設計了一臺低成本，高度數字化和智能化的頻率特性測試儀，實現了對20 Hz~150 MHz 范圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量和顯示，完成了數據存儲回放和傳輸，-3 dB 帶寬計算，峰值查找等功能。幅度檢測精度達到1dBm，相位檢測精度1°的指標。

　　控制與數據處理單元

　　ADSP-BF532和FPGA（EP1C3） 是控制與數據存儲處理單元的核心。DSP 通過PPI、SPI 和PF 接口與FPGA 進行雙向數據通信，實現鍵盤讀取，DDS 掃描，A/D 采集，LCD掃描等功能，通過UART 單元與計算機實現數據傳輸和遠程控制。FPGA 完成了TFT_LCD和VGA 同步顯示時序轉換、鍵盤掃描、SPI 通信和信號分配等功能。另外，DSP 通過EBIU單元連接AM29LV800和MT48L32M16分別作為程序與工作狀態存儲器和數據存儲與顯示緩存。

　　AD9958采用25 MHz 外部時鐘輸入，經內部PLL 倍頻后產生500 MHz 內核工作時鐘。輸出信號為兩路同頻的正弦和余弦信號。為避免數字噪聲對信號產生干擾，芯片的3.3 V 數字供電與模擬供電部分需采用型網絡隔離，并對模擬地接小電阻到地平面以隔離干擾。由于芯片輸出為電流信號，需采用51Ω上拉到1.8 V 轉換為電壓信號，經LFCN-160集成濾波器濾除高頻噪聲，并采用差分運放AD8312抵消共模噪聲。輸出信號電平范圍為-10~- 3dBm.AD9958信號輸出原理如圖5所示。儀器實現了對20 Hz~150 MHz 范圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量、數據存儲、回放、峰值查找以及-3 dB 測量，Q 值查找等計算。由于大量采用大規模集成電路，不僅提高了系統的集成度，減小了體積，而目提升了儀器的性能和穩定性。實現了數字化、智能化、低成本。目前儀器已進人生產階段。