功能電路1、DA轉換電路題目要求信號發(fā)生器的頻率從100Hz到10KHz，對DA轉換速度要求不不高就行了是很高，但“設計”刪掉設計要求電壓值誤差絕對值小于1%，所以應選用轉換精度高的芯片。本系統(tǒng)使用12位D/A轉換芯片MX7541改為：MX7541，雙極性輸出。的雙極性電路接法，電路圖如圖所示2、 峰值檢波電路峰值檢波電路是由二極管電壓跟隨器應該寫在二極管前電路和電壓跟隨器組成，其工作原理為：當輸入電壓正半周通過時，檢波管U2導通，對電容C1、C2充電，直到到達其峰值。三極管的基極由單片機或FPGA控制，產生10us的高電平使電容放電，以減少前一頻率測量對后一頻率測量的影響，提高幅值測量精度。其中U1為常導通，用以補償U2上造成的壓降。電容C1、C2的取值需根據被測信號的頻率合適的選取，此電路中的二極管使用高頻二極管，可大大提高測量范圍的頻率上限。3、真有效值檢測電路設計對于有效值的檢測，我們選用AD637來實現(xiàn)。AD637是真有效值測量芯片。其有效值計算公式為。應用時只需在芯片的外圍添加適當的電阻、電容即可實現(xiàn)任意波形交變信號的有效值的測量。其中平均電容C1可用來設定平均時間常數，并決定低頻準確度，輸出紋波大小和穩(wěn)定時間。R1、R2、C1、C2及運放OPA277構成一“一”去掉二階低通濾波濾除檢波后的紋波。電路連接圖如圖所示： 4、滯回比較電路之一（MAX912）MAX912 是由MAXIM 公司生產的雙組高速電壓比較器。該器件傳播速度快(典型值為10ns) ,能接受差動輸入信號并具有互補性的TTL 兼容輸出。為抑制干擾引起的誤翻轉，我們采取了帶正反饋的滯回比較電路的形式。我們采用反相輸入的方式，其正向閾值電壓，對應比較后信號的下降沿。負向閾值電平為0V，對應于比較后信號的上升沿。故輸出信號的上升沿仍屬過零比較。示意圖如圖所示。故對兩路信號進行相位差測量時就不能采用平時的直接異或法，而應先利用上升沿進行分頻再異或。電路圖如圖所示： 6、MAX195AD采樣MAX195 是美國Maxim 公司推出的16 位逐次逼近式A/ D 轉換器 。內置采樣保持電路，三態(tài)串行數據輸出，輸出時高位在前。我們采用的是同步轉換傳輸方式，即在16 位模數轉換進行的過程中將轉換好的上一位數據位輸出。CLK 既作為轉換時鐘又作為串行數據輸出時鐘。此種轉換方式可以實現(xiàn)最大的轉換傳輸速度,因為前一次轉換結束后,下一次轉換可以緊跟著立即開始,實現(xiàn)不間斷地連續(xù)轉換。轉換過程必須與轉換時鐘CLK同步,查到EOC變高后即開始讀數。電路連接圖如圖48所示：7、高速ADMAX1425電路 MAX1425是美國Maxim 公司推出10位高速模數轉換器，最高采樣率為20M。MAX1425采用差分流水線結構，片內集成高性能的采樣保持放大器和參考電壓源，采用單一的時鐘信號來控制內部所有的轉換。因其輸入電阻僅為6.5K,故在電路設計時在其前端加一級運放進行緩沖隔離, 單端輸入，INP通過交流方式與輸入信號耦合。MAX1425的采樣時鐘由FPGA根據信號的頻率大小128倍頻后給出。運放3腳的電阻很重要，它有效地減小了輸入電阻，因而也減小了共模干擾的影響。8、高速DA轉換電路DAC904為TI公司的一種14位高速數模轉換器，轉換速率可達165Msps，差分電流輸出。該DAC的數據的寫入及數模轉換的開始都是由CLK信號來控制的，在CLK的上升沿鎖存數據，CLK的下降沿更新DAC的模擬輸出。設定其參考電壓為外部輸入。電路連接圖如圖所示： 9、程控放大電路（PGA） AD600是一個雙通道低噪聲、寬頻帶、增益可變放大器。內部采用可編程控制衰減器和固定增益放大器級連的結構，使其增益和動態(tài)參數更加穩(wěn)定。其增益表達式為（為C1LO和C1HI之間的電壓差即控制電壓，范圍-625mV-+625mV）。增益控制通過外接一16位串行電壓輸出D/A轉換器MAX541來實現(xiàn)，在電路中配以高精度電壓基準Max6225。輸入信號的峰值最大為1.4V，在頻段范圍內可實現(xiàn)增益0dB到40dB可調。10、MAX120A/D轉換電路我們選用采用BICMOS 工藝生產的帶采樣保持電路的12位模擬數字轉換器MAX120，它的轉換時間1.6us,采樣率可達500Ksps。電路連接如圖44所示，工作于連續(xù)轉換模式，數據存儲采用DMA方式ADC與處理器是通過直接存儲器（DMA）方式來接口。11、穩(wěn)壓電源模塊12、AGC自動增益控制 我們選用AD603構成自動增益控制電路，作為AD9851后級，以確保輸出電壓峰峰值能夠穩(wěn)定在1V。AD603是一種單通道寬頻帶、低噪聲、低畸變、高增益精度、控制電壓和增益成線形關系的VGA芯片，可以通過控制電壓來控制放大器的增益，從而實現(xiàn)增益自動控制。電路連接圖如圖所示。（電路增益由1腳和2腳間的電壓差Vg控制，二者之間的關系為：2腳接固定參考電壓，1腳電壓由后級峰值檢測電路提供。2N3906和幾個外圍電阻組成一個IQ1300uA左右的恒流源，2N3904作半波檢測。流入電容C1的電流Ic就是Q1和Q2集電極電流之差。當輸出信號幅度較小時，Q2集電極電流IQ2減小，IcIQ1-IQ2增大，反饋電壓增大，AD603的1、2腳間電壓差增大，電路增益提高。當輸出信號幅度增大時，Q2集電極電流IQ2增大，IcIQ1-IQ2減小，反饋電壓減小，電路增益也隨之降低，如此反復，最終電路將進入到穩(wěn)定狀態(tài)，輸出信號幅度恒定。電容C1的大小選擇也很重要，大了會降低自動增益控制的靈敏度，小了會減小AGC的頻率范圍。R1、R2、R3均可調節(jié)輸出信號幅度。）為了進一步擴展頻帶，我們設計時降低了信號輸出幅度。由于AD603的頻率響應特性特性，到10MHz時信號有效值上揚。我們在AD603后串接一電阻R對其進行頻率補償，使其幅值穩(wěn)定。經測試該電路信號無明顯失真通帶范圍可由50Hz到40MHz；輸出信號有效值為500mV。13、橢圓濾波器AD9851 正弦信號的輸出含有高頻噪聲，該噪聲可以分為兩大類：一類為DAC數模轉換所帶來的階梯波分量及其高次諧波，另一類為AD9851內部系統(tǒng)鐘及其高次諧波。故需在其后加一個低通濾波器，抑制諧波干擾?？紤]到橢圓函數濾波器比全極點型濾波器能做到對理想低通的最佳近似，且在同等技術指標下所需階數最低，因而電路實現(xiàn)起來也比其他類型濾波器容易，故我們設計了一個截止頻率為30MHz的橢圓函數濾波器。濾波器輸入輸出端都使用運放進行阻抗匹配和信號幅度的調整。14、AD9851電路我們選用DDS集成芯片AD9851來實現(xiàn)。AD9851內置32位頻率累加器、10bit高速DAC、高速比較器和可軟件選通的時鐘6倍頻電路。外接參考頻率源時，AD9851可以產生頻譜純凈、頻率和相位都可控且穩(wěn)定度非常高的正弦波?？刂谱滞ㄟ^W-CLK 引腳接入的控制字寫時鐘來觸發(fā)寫入的。當控制字寫完后，在FQ-UD 信號的上升沿的作用下，控制字被寫入頻率相位數據寄存器，更新DDS 的輸出頻率和相位。AD9851 具體電路如圖所示。該電路做成了PCB 板，電路設計時，十分注意電源和地線的連接，有效地減小了干擾，提高了輸出信號的質量。電路連接圖如圖所示。15、程控放大電路 采用模擬開關CD4051,運放LF356,配合精密電位器實現(xiàn)從10mv/div到2v/div的多擋垂直分辨率。通過FPGA控制模擬開關選通不同的接入電阻,從而實現(xiàn)不同的放大倍數,達到題目中不同垂直靈敏度的要求,電路連接圖如圖所示：16、DAC0800D/A轉換電路 D/A轉換均采用DAC0800實現(xiàn)，DAC0800的建立時間為100nS。連接電路如圖所示。由于D/A轉換的結果為電流，需增加LF356實現(xiàn)I-V轉換。17、MAX197A/D轉換對于檢出的峰值的采樣，我們采用了Maxim公司的12位A/D轉換器MAX197 ，它的輸入范圍軟件可調具有05V ,010V,-55V ,-1010V四種模式，同時具有八個模擬通道，可以巡回測量，大大簡化了電路設計。它是以寫控制字寫信號的下降沿來啟動轉換，而且每次轉換前都要重新寫入控制字。外圍電路簡單，連接電路如下圖所示：