電子設(shè)計中經(jīng)常碰到的問題是對待測電路(DUT)傳輸特性的測試,,這里所說的傳輸特性包括增益和衰減,、幅頻特性、相位特性和時延特性等,,而最常見的就是DUT 的幅頻特性,。
本文引用地址: http://power.21ic.com//ce/technical/201807/74978.html
最初,,對于 DUT 的幅頻特性的測試是在固定頻率點上逐點進行。這種測試方法繁瑣,、費時,,且不直觀,有時還會得出片面的結(jié)果,。例如,,測量點之間的諧振現(xiàn)象和網(wǎng)絡(luò)特性的突變點常常被漏掉,。
DDS(Direct Digital Synthesis)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(shù)字頻率合成技術(shù),,原理框圖如下:
DDS 技術(shù)的出現(xiàn)使得我們對于幅頻特性的測試變得異常簡單,。我們只需要按照某種規(guī)律不斷的配置“頻率碼K”,就能夠得到一個頻率隨時間按照此規(guī)律在一定頻率范圍內(nèi)掃動的信號,,如此即可對DUT 進行快速,、定性或定量的動態(tài)測試。因此,,對DUT 的調(diào)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(shù)/任意波形發(fā)生器采用了DDS 直接數(shù)字合成技術(shù),,可生成穩(wěn)定,、精確、純凈和低失真的輸出信號,。本文僅以DG5000 為例來詳細說明DDS信號源在掃頻測試中的具體應(yīng)用,。
1. DG5000 提供1uHz~250MHz 的掃頻范圍;
2. 掃頻類型支持“線性掃頻”、“對數(shù)掃頻”和“步進掃頻”;
3. 掃頻時間 1ms~300s,,同時支持“返回時間”,、“起始保持”和“終止保持”的設(shè)置;
4. 觸發(fā)方式包括“自動觸發(fā)”、“外部觸發(fā)”和“手動觸發(fā)”;
5. 支持“標記頻率”的設(shè)置,,可以輕易表示出掃頻信號任意點的頻率值,。
模擬濾波器頻響測試
在近代通信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中,濾波器的應(yīng)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)歷來為各國所重視,。
濾波器的分類有很多種,,按頻率通帶可分為低通、高通,、帶通和帶阻等等,,濾波器產(chǎn)品和實現(xiàn)方案也是多種多樣的,如下圖所示:
了解各濾波器的頻響曲線,,對于電子設(shè)計者來說是至關(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 來介紹DG5000 的掃頻功能在濾波器頻響測試中的應(yīng)用,,具體測試平臺如下:
DG5000 提供“線性掃頻”和“對數(shù)掃頻”兩種掃頻方式,,“線性掃頻”是指輸出頻率以恒定的“每秒若干赫茲”的方式改變,“對數(shù)掃頻”是指輸出頻率以恒定的“每秒倍頻程”的方式改變。
“對數(shù)掃頻”適合寬頻帶的粗略掃描,,“線性掃頻”適合窄頻帶的精確掃頻,,如果用“線性掃頻”對寬頻帶進行掃描,必然會造成低頻段分辨率的丟失,,從而無法得到正確的頻響,。因此,對于寬頻帶的掃描,,首先用“對數(shù)掃頻”來縮小目標頻帶的范圍,,然后用“線性掃頻”來確定精確的頻響特性,。具體測試結(jié)果如下:
通過示波器顯示的掃頻信號包絡(luò)即為該濾波器的頻響曲線,。此外,“標記頻率”可以快速準確的標出掃頻周期中任意點的頻率值,。所以,,通過手動調(diào)整“標記頻率”,使得Mark 信號的下降沿至頻響曲線的-3dB 處,,那么此時的標記頻率值即為該濾波器的截止頻率,。“標記頻率”的測量方法在測量DUT 的諧振點時同樣適用,?! ⊥ㄟ^示波器顯示的掃頻信號包絡(luò)即為該濾波器的頻響曲線。此外,,“標記頻率”可以快速準確的標出掃頻周期中任意點的頻率值,。所以,通過手動調(diào)整“標記頻率”,,使得Mark 信號的下降沿至頻響曲線的-3dB 處,,那么此時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 的諧振點時同樣適用,。
高分辨率數(shù)字濾波器的頻響測試
數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)的研究是一個非常復(fù)雜的課題。很多文章都只在研究穩(wěn)態(tài)下的濾波器頻響,,而事實上,,雷達和其它突發(fā)方式的信號都是具有瞬時特性的。一般而言,,頻率分辨特性越好的濾波器,,穩(wěn)定下來所需要的時間也越長,這是因為頻響曲線越是陡峭的濾波器,,其需要的抽頭就越多,、沖激響應(yīng)時間就越長。例如頻譜儀的分析濾波器,在穩(wěn)態(tài)條件下有著很好的相鄰信道抑制能力,,而瞬態(tài)響應(yīng)卻非常糟糕,,這也符合了濾波器沖激響應(yīng)理論。
DG5000 的“步進掃頻”正是針對瞬態(tài)響應(yīng)較差的數(shù)字濾波器測試所設(shè)計的,?!安竭M掃頻”能夠?qū)哳l頻帶分成若干個頻點,掃頻信號會在每個頻點上停留等長的時間,。停留時間等于掃頻時間除以分段數(shù),,用戶可以根據(jù)濾波器的特性設(shè)定掃頻時間和分段數(shù)。
如上圖所示,,“步進掃頻”時的趨勢圖如同階梯一樣,,每個階梯的高度和長度皆可用戶設(shè)置,所以,,根據(jù)濾波器的特性,,只要使得每個步進的停留時間能夠大于濾波器由瞬態(tài)進入穩(wěn)態(tài)的時間,就可準確測試出濾波器的頻響特性,。此外,,通過調(diào)整每個步進的停留時間,也可以測定濾波器達到穩(wěn)態(tài)所需要的時間,。
結(jié)語
DDS 信號源應(yīng)用于掃頻測試技術(shù)中,,這相對于傳統(tǒng)的磁調(diào)制掃頻振蕩器、變?nèi)荻O管掃頻等技術(shù)有著得天獨厚的優(yōu)勢,,相信DDS 信號源會更廣泛的應(yīng)用于掃頻測試技術(shù),,同時也為工程師們帶來更大的便利。