本文主要介绍数字分析仪前端模块的设计。由于示波器的输入信号幅度范围一般为+/-5Vpp,而AD9433 (AD采样芯片)的输入信号幅度要求不大于2Vpp,因此,在采集电路的前端加入信号衰减和信号增益两级幅度调整电路,可保证测量的正确性,提高测量的精确度。与NI的数字分析仪不同,本数字分析仪的频率计功能不是由超高速采样后通过数字信号分析来实现,而是根据等精度频率测量的原理来实现的,这样可以大大降低仪表的造价。同时,考虑到仪表的便携性及工程人员的应用习惯,本仪器只提供了单通道输入,没有设计外部触发通道,因而简化了仪表的体积,同时降低了设计的难度。数字分析仪前端模块的原理框图如图1所示。

基于数字可编程可变增益放大器实现数字分析仪前端模块的设计

本系统的输入信号经过压保护电路及交直流耦合选择后,将进入高阻衰减网络,并通过外部控制信号实现对输入信号的1:1、1:10的高阻衰减,衰减后的信号经差分变换后进入AD8260进行程控增益,程控增益后的信号一路直接进入AD9433进行高速采样(此处要求增益后的信号幅度尽量达到AD9433的满量程输入,以提高AD采样的精度),并将采样后的数据送入FPGA进行相应处理,从而实现示波器功能;而程控增益后的另一路信号则通过单端变换进入FPGA进行相应的处理,进而实现高频频率计数功能。

图2所示是AD8260的外围电路,其中AD8260芯片采用±5 V双电源供电,也可以通过跳线实现+3.3V单电源供电。即将-5VS接地,R21焊接,R22断路,+5VS接+3.3 V。