DDS掃頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)寄生電感測量儀

　　同時諧振發(fā)生時整個LC 回路表現(xiàn)出的阻抗為純阻性， 即感抗和容抗之和為零。利用這個原理， 使用一個掃頻信號激勵待測電容， 測量出諧振頻率， 再結(jié)合式(1) 即可測出寄生電感的大小 。根據(jù)該原理， 設(shè)計1 個掃頻發(fā)生器產(chǎn)生掃頻信號激勵待測電容， 然后找出諧振點(diǎn)， 讀出諧振頻率即可求出電容的寄生電感。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

　　其中最核心的部分就是掃頻發(fā)生器和諧振點(diǎn)檢測電路。

　　圖3 寄生電感測試裝置功能

　　2 掃頻發(fā)生器

　　掃頻發(fā)生器在本系統(tǒng)中產(chǎn)生寬頻帶掃頻信號以激勵待測電容， 當(dāng)電容較大時，以常見的電解電容為例，假設(shè)電容為1 000 F, 其寄生電感為100 nH, 則按照式(1)可計算出其自諧振頻率為15. 9 kHz, 諧振頻率較低;另以瓷片電容為例， 假設(shè)其電容值為10 pF, 寄生電感約為10 nH, 則其自諧振頻率為500 MHz 這兩個信號頻率相差了4 個數(shù)量級， 這就需要1 個寬帶的信號發(fā)生器， 這也是本部分的設(shè)計難點(diǎn)所在。若采用傳統(tǒng)的模擬信號發(fā)生的方法， 為了實(shí)現(xiàn)信號頻率的可調(diào)， 一般會采用變?nèi)荻O管構(gòu)成的LC 振蕩器， 然而在信號頻率較低時， 所需要的變?nèi)荻O管的電容量會很大，而傳統(tǒng)的變?nèi)荻O管電容值一般只是幾個pF 至幾百pF ,很難滿足低頻振蕩要求。為了簡化掃頻電路， 以及實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制， 這里采用DDS 技術(shù)產(chǎn)生寬帶信號。DDS 采用的是DA 轉(zhuǎn)換器的原理， 通過計數(shù)器累加實(shí)現(xiàn)的連續(xù)波形輸出 , 而DDS 芯片外圍電路簡單， 通過寫它的寄存器便可實(shí)現(xiàn)信號頻率的調(diào)節(jié)， 同時產(chǎn)生的信號頻率分辨率高，一般可以達(dá)到0. 01 Hz 級別， 信號頻率的跨度大， 可以實(shí)現(xiàn)從幾Hz 到幾百M(fèi)Hz 的連續(xù)信號， 非常適合做掃頻發(fā)生器。這里采用了AD9854 這款DDS 芯片， 它在300 MHz 時鐘驅(qū)動下， 按照乃奎斯特采樣定律可以產(chǎn)生最高150 MHz 的信號，為了得到信號較好的頻率則一般只得到最高100 MHz 的信號。若要得到高于100 MHz 的信號， 則可采用其高次諧波得到?；贏D9854 的信號發(fā)生電路如圖4 所示。限于篇幅，僅畫出了關(guān)鍵的輸出部分和電流設(shè)置部分。AD9854 內(nèi)置4~ 12 倍頻的時鐘倍頻器， 因此可以外加1 個較低頻率的時鐘，通過倍頻器倍頻至300 MHz, 這樣可以極大的降低高速片外時鐘對系統(tǒng)造成的電磁兼容性問題。AD9854 內(nèi)部有1個頻率控制字寄存器，通過寫該寄存器的值便可以改變輸出信號的頻率， 非常適合數(shù)字控制。同時由于時鐘采用的時晶體振蕩器，因此輸出頻率的穩(wěn)定度和分辨率都非常高， 一般為10- 6數(shù)量級。

　　圖4 AD9854 信號發(fā)生電路

3 諧振點(diǎn)檢測電路