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電子設計中經(jīng)常碰到的問(wèn)題是對待測電路(DUT)傳輸特性的測試，這里所說(shuō)的傳輸特性包括增益和衰減、幅頻特性、相位特性和時(shí)延特性等，而最常見(jiàn)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(diǎn)上逐點(diǎn)進(jìn)行。這種測試方法繁瑣、費時(shí)，且不直觀(guān)，有時(shí)還會(huì )得出片面的結果。例如，測量點(diǎn)之間的諧振現象和網(wǎng)絡(luò )特性的突變點(diǎn)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)的出現使得我們對于幅頻特性的測試變得異常簡(jiǎn)單。我們只需要按照某種規律不斷的配置“頻率碼K”，就能夠得到一個(gè)頻率隨時(shí)間按照此規律在一定頻率范圍內掃動(dòng)的信號，如此即可對DUT進(jìn)行快速、定性或定量的動(dòng)態(tài)測試。因此，對DUT的調整、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/任意波形發(fā)生器采用了DDS直接數字合成技術(shù)，可生成穩定、精確、純凈和低失真的輸出信號。本文僅以DG5000為例來(lái)詳細說(shuō)明DDS信號源在掃頻測試中的具體應用。 1.DG5000提供1uHz～250MHz的掃頻范圍； 2.掃頻類(lèi)型支持“線(xiàn)性?huà)哳l”、“對數掃頻”和“步進(jìn)掃頻”； 3.掃頻時(shí)間1ms～300s，同時(shí)支持“返回時(shí)間”、“起始保持”和“終止保持”的設置； 4.觸發(fā)方式包括“自動(dòng)觸發(fā)”、“外部觸發(fā)”和“手動(dòng)觸發(fā)”； 5.支持“標記頻率”的設置，可以輕易表示出掃頻信號任意點(diǎn)的頻率值。 模擬濾波器頻響測試 在近代通信設備和各類(lèi)控制系統中，濾波器的應用極為廣泛，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(lái)為各國所重視。 濾波器的分類(lèi)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(shí)現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(shí)現方案舉例 了解各濾波器的頻響曲線(xiàn)，對于電子設計者來(lái)說(shuō)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(lái)介紹DG5000的掃頻功能在濾波器頻響測試中的應用，具體測試平臺如下： 圖表3 濾波器頻響測試 DG5000提供“線(xiàn)性?huà)哳l”和“對數掃頻”兩種掃頻方式，“線(xiàn)性?huà)哳l”是指輸出頻率以恒定的“每秒若干赫茲”的方式改變，“對數掃頻”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 “對數掃頻”適合寬頻帶的粗略?huà)呙�，“線(xiàn)性?huà)哳l”適合窄頻帶的精確掃頻，如果用“線(xiàn)性?huà)哳l”對寬頻帶進(jìn)行掃描，必然會(huì )造成低頻段分辨率的丟失，從而無(wú)法得到正確的頻響。因此，對于寬頻帶的掃描，首先用“對數掃頻”來(lái)縮小目標頻帶的范圍，然后用“線(xiàn)性?huà)哳l”來(lái)確定精確的頻響特性。具體測試結果如下： 圖表5 線(xiàn)性?huà)哳l與對數掃頻的比較 通過(guò)示波器顯示的掃頻信號包絡(luò )即為該濾波器的頻響曲線(xiàn)。此外，“標記頻率”可以快速準確的標出掃頻周期中任意點(diǎn)的頻率值。所以，通過(guò)手動(dòng)調整“標記頻率”，使得Mark信號的下降沿至頻響曲線(xiàn)的-3dB處，那么此時(shí)的標記頻率值即為該濾波器的截止頻率�！皹擞涱l率”的測量方法在測量DUT的諧振點(diǎn)時(shí)同樣適用。 圖表 6DG5000掃頻操作界面 高分辨率數字濾波器的頻響測試 數字濾波器頻率響應的研究是一個(gè)非常復雜的課題。很多文章都只在研究穩態(tài)下的濾波器頻響，而事實(shí)上，雷達和其它突發(fā)方式的信號都是具有瞬時(shí)特性的。一般而言，頻率分辨特性越好的濾波器，穩定下來(lái)所需要的時(shí)間也越長(cháng)，這是因為頻響曲線(xiàn)越是陡峭的濾波器，其需要的抽頭就越多、沖激響應時(shí)間就越長(cháng)。例如頻譜儀的分析濾波器，在穩態(tài)條件下有著(zhù)很好的相鄰信道抑制能力，而瞬態(tài)響應卻非常糟糕，這也符合了濾波器沖激響應理論。 圖表7 差頻式頻譜分析儀框圖 DG5000的“步進(jìn)掃頻”正是針對瞬態(tài)響應較差的數字濾波器測試所設計的�！安竭M(jìn)掃頻”能夠將掃頻頻帶分成若干個(gè)頻點(diǎn)，掃頻信號會(huì )在每個(gè)頻點(diǎn)上停留等長(cháng)的時(shí)間。停留時(shí)間等于掃頻時(shí)間除以分段數，用戶(hù)可以根據濾波器的特性設定掃頻時(shí)間和分段數。 圖表8 步進(jìn)掃頻頻率變化趨勢圖 如上圖所示，“步進(jìn)掃頻”時(shí)的趨勢圖如同階梯一樣，每個(gè)階梯的高度和長(cháng)度皆可用戶(hù)設置，所以，根據濾波器的特性，只要使得每個(gè)步進(jìn)的停留時(shí)間能夠大于濾波器由瞬態(tài)進(jìn)入穩態(tài)的時(shí)間，就可準確測試出濾波器的頻響特性。此外，通過(guò)調整每個(gè)步進(jìn)的停留時(shí)間，也可以測定濾波器達到穩態(tài)所需要的時(shí)間。 圖表9 DG5000步進(jìn)掃頻界面 結語(yǔ) DDS信號源應用于掃頻測試技術(shù)中，這相對于傳統的磁調制掃頻振蕩器、變容二極管掃頻等技術(shù)有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢，相信DDS信號源會(huì )更廣泛的應用于掃頻測試技術(shù)，同時(shí)也為工程師們帶來(lái)更大的便利。 |
