2017年电赛国赛H题《远程幅频特性测试装置》训练总结(DDS信号源部分)

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一、2017年电赛国赛H题《远程幅频特性测试装置》训练总结(DDS信号源部分)

二、2017年电赛国赛H题《远程幅频特性测试装置》训练总结(放大器部分)

三、2017年电赛国赛H题《远程幅频特性测试装置》训练总结(信号接收采集部分)


一、2019年电赛国赛D题《简易电路特性测试仪》训练总结----题目引入与概述

二、2019年电赛国赛D题《简易电路特性测试仪》训练总结----待测三极管共射放大电路部分



前言

作为我们实验室做的第一道国赛训练题,虽然这题被我们老师降维了,把双绞线的功能削弱了,但整体还是具有一定难度,一些模块有许多细节问题。觉得还是很有必要小小总结一下,也当是做了一个简约版的设计报告吧。

本人负责题目的硬件部分,所以讲解部分会偏硬件方面多一点。

本组此题原理图及PCB压缩包可以点击此处下载


一、模块介绍

DDS信号源部分我们使用AD9959模块,这应该也是比赛的时候用的最多的模块,它是AD公司采用先进的DDS技术生产的具有高级集成度的DDS器件,最高工作时钟为500MHz,可以输出200MHz的正弦信号,精度可达0.1Hz,通过AD9959频率控制字和幅度控制字可以调整的频率范围为1MHz-200MHz、幅度范围为1mV -500mV。输出信号经过椭圆滤波得到平滑的波形,具有杂散低、响应快的特点。

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对本题所要求的1M-40MHz频率要求理论上是绰绰有余。

二、实测中发现的问题

1.DDS不经处理直接产生的小信号不忍直视

因为这个题目要求输出的是5-100mVpp的小信号,实测一下很容易发现,这个模块输出的高频小信号非常的丑陋,频率10MHz以下,输出峰峰值20mvpp以下正弦波出现了很明显的阶梯,甚至在频率在10MHz以上的时候峰峰值即使到100mVpp,也能发现明显的阶梯。

处理方法也很简单,因为模块本身能输出的最大值在500mVpp左右,所以通过输出大信号500mVpp再衰减成小信号就可以。

另外,虽然模块内部自带200MHz的七阶LC无源椭圆滤波,但是对本题来说还远远不够,在题目要求的10MHz、10mVpp情况下测量时波形很杂。所以输出需要另接一个无源LC滤波。我们取的大概是截止频率在70MHz的四阶无源LC巴特沃斯低通滤波,能够在40MHz以内不产生衰减,40MHz以上滤波效果良好,最终实测波形良好。

滤波电路如下图:
在这里插入图片描述

2.负载电阻600Ω

AD9959模块作为能适应高频条件的模块,本身输出电阻在模块上为50Ω,实测为51Ω,原理图上看,是通过芯片输端接一个51Ω的贴片电阻到地实现。

那么对本题的信号源负载电阻600Ω的要求来说,我觉得这里说的是负载电阻而不是输出电阻,这意味着只要你接上一个600Ω到信号源输出就可以,无需考虑整个模块电路的输出电阻。

如果这个600Ω的要求是要求输出电阻600Ω。那么就必须考虑模块自身的输出电阻对你实际电阻的影响。比如此时AD9959模块的51Ω到地的电阻就会和600Ω电阻形成并联,导致实际输出电阻在51以下。

这种阻抗匹配最常用的方法就是接一个跟随器,这里推荐采用OPA824芯片

那么除了添加跟随器还有没有其他更简单的方法呢?如果采用DDS信号源输出不接其他电路(滤波、衰减等)的话,直接对模块进行魔改,把51Ω电阻更换为600Ω电阻即可。因为后级的放大电路输入阻抗也要求600Ω,形成了阻抗匹配。

3.高频条件下衰减器自制困难

一开始为实现衰减,我们打算焊一个固定五倍衰减的衰减器。为了实现阻抗匹配,减少高频干扰等等,我们采用AD制版,电路形式上采用π型衰减,电阻取用的是贴片电阻,级间连接也采用的SMA线。

然而做出来的电路在测试时发现,电路1MHz频率内确实能实现五倍固定衰减,但在1MHz频率以上,输出幅度随输出频率增高而明显降低。在40MHz、1Vpp输入时,输出仅有80mVpp左右。

后来查询资料,询问老师,发现在高频条件下,制版工艺等方面会对电路产生不可忽略的影响,难以解决,高频条件下衰减器自制困难。

最终我们使用可调衰减器模块,这一模块的屏蔽做的很好,工艺也很不错。经实测在100MHz以内效果很理想。
在这里插入图片描述

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