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電子設(shè)計中經(jīng)常碰到的問題是對待測電路(DUT)傳輸特性的測試，這里所說的傳輸特性包括增益和衰減、幅頻特性、相位特性和時延特性等，而最常見的就是DUT的幅頻特性。 最初，對于DUT的幅頻特性的測試是在固定頻率點上逐點進行。這種測試方法繁瑣、費時，且不直觀，有時還會得出片面的結(jié)果。例如，測量點之間的諧振現(xiàn)象和網(wǎng)絡(luò)特性的突變點常常被漏掉。 DDS(DirectDigitalSynthesis)技術(shù)是1971年3月由美國學(xué)者J.TIerncy,C.M.Rader和B.Gold提出，這是一種從相位概念出發(fā)直接合成所需要波形的全數(shù)字頻率合成技術(shù)，原理框圖如下： 圖表 1DDS技術(shù)原理框圖 DDS技術(shù)的出現(xiàn)使得我們對于幅頻特性的測試變得異常簡單。我們只需要按照某種規(guī)律不斷的配置“頻率碼K”，就能夠得到一個頻率隨時間按照此規(guī)律在一定頻率范圍內(nèi)掃動的信號，如此即可對DUT進行快速、定性或定量的動態(tài)測試。因此，對DUT的調(diào)整、校準及故障排除提供了極大的便利。 北京普源精電(RIGOL)最新推出的DG5000系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器采用了DDS直接數(shù)字合成技術(shù)，可生成穩(wěn)定、精確、純凈和低失真的輸出信號。本文僅以DG5000為例來詳細說明DDS信號源在掃頻測試中的具體應(yīng)用。 1.DG5000提供1uHz～250MHz的掃頻范圍； 2.掃頻類型支持“線性掃頻”、“對數(shù)掃頻”和“步進掃頻”； 3.掃頻時間1ms～300s，同時支持“返回時間”、“起始保持”和“終止保持”的設(shè)置； 4.觸發(fā)方式包括“自動觸發(fā)”、“外部觸發(fā)”和“手動觸發(fā)”； 5.支持“標(biāo)記頻率”的設(shè)置，可以輕易表示出掃頻信號任意點的頻率值。 模擬濾波器頻響測試 在近代通信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器的應(yīng)用極為廣泛，濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。 濾波器的分類有很多種，按頻率通帶可分為低通、高通、帶通和帶阻等等，濾波器產(chǎn)品和實現(xiàn)方案也是多種多樣的，如下圖所示： 圖表2 濾波器產(chǎn)品和實現(xiàn)方案舉例 了解各濾波器的頻響曲線，對于電子設(shè)計者來說是至關(guān)重要的，這往往直接影響最終產(chǎn)品的性能。 下面以5階低通濾波器為DUT來介紹DG5000的掃頻功能在濾波器頻響測試中的應(yīng)用，具體測試平臺如下： 圖表3 濾波器頻響測試 DG5000提供“線性掃頻”和“對數(shù)掃頻”兩種掃頻方式，“線性掃頻”是指輸出頻率以恒定的“每秒若干赫茲”的方式改變，“對數(shù)掃頻”是指輸出頻率以恒定的“每秒倍頻程”的方式改變。 圖表4 掃頻頻率變化趨勢圖 “對數(shù)掃頻”適合寬頻帶的粗略掃描，“線性掃頻”適合窄頻帶的精確掃頻，如果用“線性掃頻”對寬頻帶進行掃描，必然會造成低頻段分辨率的丟失，從而無法得到正確的頻響。因此，對于寬頻帶的掃描，首先用“對數(shù)掃頻”來縮小目標(biāo)頻帶的范圍，然后用“線性掃頻”來確定精確的頻響特性。具體測試結(jié)果如下： 圖表5 線性掃頻與對數(shù)掃頻的比較 通過示波器顯示的掃頻信號包絡(luò)即為該濾波器的頻響曲線。此外，“標(biāo)記頻率”可以快速準確的標(biāo)出掃頻周期中任意點的頻率值。所以，通過手動調(diào)整“標(biāo)記頻率”，使得Mark信號的下降沿至頻響曲線的-3dB處，那么此時的標(biāo)記頻率值即為該濾波器的截止頻率�！皹�(biāo)記頻率”的測量方法在測量DUT的諧振點時同樣適用。 圖表 6DG5000掃頻操作界面 高分辨率數(shù)字濾波器的頻響測試 數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)的研究是一個非常復(fù)雜的課題。很多文章都只在研究穩(wěn)態(tài)下的濾波器頻響，而事實上，雷達和其它突發(fā)方式的信號都是具有瞬時特性的。一般而言，頻率分辨特性越好的濾波器，穩(wěn)定下來所需要的時間也越長，這是因為頻響曲線越是陡峭的濾波器，其需要的抽頭就越多、沖激響應(yīng)時間就越長。例如頻譜儀的分析濾波器，在穩(wěn)態(tài)條件下有著很好的相鄰信道抑制能力，而瞬態(tài)響應(yīng)卻非常糟糕，這也符合了濾波器沖激響應(yīng)理論。 圖表7 差頻式頻譜分析儀框圖 DG5000的“步進掃頻”正是針對瞬態(tài)響應(yīng)較差的數(shù)字濾波器測試所設(shè)計的。“步進掃頻”能夠?qū)哳l頻帶分成若干個頻點，掃頻信號會在每個頻點上停留等長的時間。停留時間等于掃頻時間除以分段數(shù)，用戶可以根據(jù)濾波器的特性設(shè)定掃頻時間和分段數(shù)。 圖表8 步進掃頻頻率變化趨勢圖 如上圖所示，“步進掃頻”時的趨勢圖如同階梯一樣，每個階梯的高度和長度皆可用戶設(shè)置，所以，根據(jù)濾波器的特性，只要使得每個步進的停留時間能夠大于濾波器由瞬態(tài)進入穩(wěn)態(tài)的時間，就可準確測試出濾波器的頻響特性。此外，通過調(diào)整每個步進的停留時間，也可以測定濾波器達到穩(wěn)態(tài)所需要的時間。 圖表9 DG5000步進掃頻界面 結(jié)語 DDS信號源應(yīng)用于掃頻測試技術(shù)中，這相對于傳統(tǒng)的磁調(diào)制掃頻振蕩器、變?nèi)?a href="http://www.54549.cn/keyword/二極管" target="_blank" class="relatedlink">二極管掃頻等技術(shù)有著得天獨厚的優(yōu)勢，相信DDS信號源會更廣泛的應(yīng)用于掃頻測試技術(shù)，同時也為工程師們帶來更大的便利。 |
