DDS+MCU實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

引言

　　為了方便用戶準(zhǔn)確掌握手中運(yùn)放的各項(xiàng)參數(shù),本文提供了一種采用可編程DDS芯片和MCU的測(cè)量系統(tǒng),可自動(dòng)測(cè)量集成運(yùn)放的5項(xiàng)基本參數(shù),以小液晶屏顯示測(cè)量結(jié)果,并可根據(jù)需要打印測(cè)量的結(jié)果,與現(xiàn)有的BJ3195等昂貴測(cè)試儀相比,該測(cè)量系統(tǒng)功能精簡(jiǎn)、操作智能化、人機(jī)接口友好。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)以SPCE061單片機(jī)為控制核心,采用主從結(jié)構(gòu),從單片機(jī)負(fù)責(zé)外圍的液晶顯示、打印、語音提示等功能。主單片機(jī)負(fù)責(zé)接收紅外鍵盤的輸入信息,根據(jù)當(dāng)前用戶輸入,將參數(shù)測(cè)試部分以及自動(dòng)量程切換部分設(shè)置到合適的狀態(tài),然后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行讀取,并通知從機(jī)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示或打印。系統(tǒng)的DDS掃頻信號(hào)源,可以通過紅外鍵盤設(shè)置輸出4MHz以內(nèi)的任意頻率以及任意頻率段任意步進(jìn)的正弦信號(hào)。為了提 高測(cè)量精度,系統(tǒng)另配了一套標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放參數(shù)測(cè)量電路,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始校準(zhǔn)。

　　測(cè)量功能電路結(jié)構(gòu)

　　SPCE061簡(jiǎn)介

　　SPCE061是凌陽科技股份有限公司推出的16位MCU,最高工作頻率可達(dá)49MHz,內(nèi)置32KB的ROM以及2KB的RAM,具有紅外通信接口和異步全雙工串行接口。另外,SPCE061提供非常方便的開發(fā)平臺(tái)和音頻編解碼工具,使得SPCE系列單片機(jī)不僅控制功能強(qiáng)大、開發(fā)周期短,且易于實(shí)現(xiàn)主從機(jī)架構(gòu)。

　　測(cè)量主電路

　　測(cè)量運(yùn)放參數(shù)的電路如圖2所示,該電路系統(tǒng)傳遞函數(shù)中引入了兩個(gè)放大環(huán)節(jié),因此存在兩個(gè)或者兩個(gè)以上的極點(diǎn),由奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù),對(duì)于閉環(huán)反饋系統(tǒng),若有極點(diǎn)分布在頻域右半平面,在深度負(fù)反饋測(cè)試時(shí)會(huì)產(chǎn)生自激振蕩,導(dǎo)致無法正常測(cè)試。因此,本系統(tǒng)改進(jìn)了該電路,在反饋回路中加入560pF電容與RF并聯(lián),補(bǔ)償信號(hào)的相位,改變整個(gè)反饋通道的幅頻特性,增加其相角裕度,經(jīng)測(cè)試,閉環(huán)回路工作穩(wěn)定性大幅提高。

　　圖2中,S1、S2、S3、S4均為繼電器,由SPCE061控制其導(dǎo)通與關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)VIO、IIO、AVD、KCMR、BWG的自動(dòng)測(cè)量,其中BWG由繼電器切換到另一路掃頻儀單獨(dú)測(cè)量。

　　根據(jù)式(1)、(2)、(3)、(4)可計(jì)算出VIO、IIO、AVD、KCMR：

　　程控放大電路

　　由于被測(cè)參數(shù)都是mV級(jí)電壓,應(yīng)對(duì)輔助運(yùn)放閉合環(huán)路的輸出信號(hào)分兩檔測(cè)量,在自動(dòng)測(cè)量時(shí),這兩檔的切換由MCU控制,因此需設(shè)計(jì)程控放大電路。本設(shè)計(jì)采用儀用放大器AD620,通過S5、S6改變其反饋電阻,以控制增益。由于儀用放大器為差模輸入,且輸人為5Hz的低頻信號(hào),為抑制工頻干擾,在AD620的輸入級(jí)濾波,采用二階有源濾波電路,考慮其通帶平坦度,采用二階巴特沃茲低通濾波器,截止頻率設(shè)為20Hz。