DDS+MCU实现运算放大器参数测量系统

　　在输入端输入恒定幅度交流正弦信号,改变信号频率,对应于电路输出端电压下降3dB时的频率即为单位增益带宽。为提高测量效率,本设计将单位增益带宽测量电路与其他参数测试电路隔离开,用继电器进行切换控制。单位增益带宽与输入信号幅度紧密相关,当输入信号较大时,单位带宽变窄,测量结果误差较大。系统中采用宽带运放对输入信号进行衰减,然后通过测试运放,再用宽带运放对测试运放的输出信号进行放大,以提高测量精度。宽带运放选甩AD811,其单位增益带宽为140MHz。

　　DDS扫频信号源

　　AD9851是一款数字频率合成芯片,其最高工作频率为180MHz,AD9851的最大输出频率为系统时钟的40%时杂散频率小,它有40位控制字,其中5位为相位控制,1位为6倍参考时钟倍乘器开关控制,32位为频率控制。当外接20MHz时钟源,6倍频开启后系统时钟Fsysclk=120MHz, 设频率控制字为Fcw,则输出频率由式

　　由于AD9851输出信号峰峰值为1V,而在测量BWG时使用有效值为2V的正弦信号较准确,须放大5.656倍,设计扫频信号源的最高输出频率为4MHz,则要求反相放大器的增益带宽积GBW≥5.656×4MHz=22.624MHz,系统中采用GBW为50MHz的高速运放AD817。

　　软件算法与流程 单位增益带宽测量的软件算法

　　系统设计扫频范围为100KHz～3.5MHz,频率分辨率为1KHz,要求自动测量总时间≤10s。因此,从100KHz到3.5MHz最少应该扫描 (3500-100)/1=3400次,每次最多使用的时间为：1 0/3400=0.0029s,而在这0.0029s内要完成频率设置、读取A/D转换结果等。高精度A/D转换时间一般较长,加上设置扫描频率的耗时,所以传统的全频段步进扫描会有较大的

　　系统时延。针对单位增益带宽的特点,本设计采用二分查找算法,不断缩小扫频范围,在较小的频段内步进扫描,只需扫捕几十个频点即可在1 KHz的分辨率下满足测量时间≤l0s的要求。

　　系统误差概述

　　系统测试表明,VIO、IIO、AVD测量精度主要取决于集成运放输入电阻、反馈电阻的精度,保证运放的两个输入端口外接等效电阻平衡可减小测量误差。 KCMR的测量误差主要是由于外界的电磁干扰、电源纹波、工频干扰、传输网络不对称,以及地电位不统一引起的串模干扰。通过单点接地、低通滤波、电源滤波,以及选取精度高的电阻可减小KCMR的测量误差。

　　结语

　　测试结果表明该系统能够智能化地测量集成运放的5项参数,切换灵敏、时延小,测量精度较以往的测量方法更为精确,具有较高的性价比。本文提供的设计方法对于常规测量仪表的设计也具有一定的参考价值。