電子設(shè)計大賽_模塊的電路分析

1、功能電路1、DA轉(zhuǎn)換電路題目要求信號發(fā)生器的頻率從100Hz到10KHz，對DA轉(zhuǎn)換速度要求不不高就行了是很高，但“設(shè)計”刪掉設(shè)計要求電壓值誤差絕對值小于1%，所以應(yīng)選用轉(zhuǎn)換精度高的芯片。本系統(tǒng)使用12位D/A轉(zhuǎn)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(yīng)該寫在二極管前電路和電壓跟隨器組成，其工作原理為：當(dāng)輸入電壓正半周通過時，檢波管U2導(dǎo)通，對電容C1、C2充電，直到到達(dá)其峰值。三極管的基極由單片機(jī)或FPGA控制，產(chǎn)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。

2、其中U1為常導(dǎo)通，用以補(bǔ)償U(kuò)2上造成的壓降。電容C1、C2的取值需根據(jù)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(shè)計對于有效值的檢測，我們選用AD637來實(shí)現(xiàn)。AD637是真有效值測量芯片。其有效值計算公式為。應(yīng)用時只需在芯片的外圍添加適當(dāng)?shù)碾娮琛㈦娙菁纯蓪?shí)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(shè)定平均時間常數(shù)，并決定低頻準(zhǔn)確度，輸出紋波大小和穩(wěn)定時間。R1、R2、C1、C2及運(yùn)放OPA277構(gòu)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

3、由MAXIM 公司生產(chǎn)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(bǔ)性的TTL 兼容輸出。為抑制干擾引起的誤翻轉(zhuǎn)，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(yīng)比較后信號的下降沿。負(fù)向閾值電平為0V，對應(yīng)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(jìn)行相位差測量時就不能采用平時的直接異或法，而應(yīng)先利用上升沿進(jìn)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(zhuǎn)換器 。內(nèi)置采樣保持電路，三態(tài)串行數(shù)據(jù)輸出

4、，輸出時高位在前。我們采用的是同步轉(zhuǎn)換傳輸方式，即在16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行的過程中將轉(zhuǎn)換好的上一位數(shù)據(jù)位輸出。CLK 既作為轉(zhuǎn)換時鐘又作為串行數(shù)據(jù)輸出時鐘。此種轉(zhuǎn)換方式可以實(shí)現(xiàn)最大的轉(zhuǎn)換傳輸速度,因?yàn)榍耙淮无D(zhuǎn)換結(jié)束后,下一次轉(zhuǎn)換可以緊跟著立即開始,實(shí)現(xiàn)不間斷地連續(xù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程必須與轉(zhuǎn)換時鐘CLK同步,查到EOC變高后即開始讀數(shù)。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(shù)轉(zhuǎn)換器，最高采樣率為20M。MAX1425采用差分流水線結(jié)構(gòu)，片內(nèi)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(nèi)部所有的轉(zhuǎn)換。因其輸入電阻僅

5、為6.5K,故在電路設(shè)計時在其前端加一級運(yùn)放進(jìn)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(jù)信號的頻率大小128倍頻后給出。運(yùn)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(zhuǎn)換電路DAC904為TI公司的一種14位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)165Msps，差分電流輸出。該DAC的數(shù)據(jù)的寫入及數(shù)模轉(zhuǎn)換的開始都是由CLK信號來控制的，在CLK的上升沿鎖存數(shù)據(jù)，CLK的下降沿更新DAC的模擬輸出。設(shè)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

6、益可變放大器。內(nèi)部采用可編程控制衰減器和固定增益放大器級連的結(jié)構(gòu)，使其增益和動態(tài)參數(shù)更加穩(wěn)定。其增益表達(dá)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(zhuǎn)換器MAX541來實(shí)現(xiàn)，在電路中配以高精度電壓基準(zhǔn)Max6225。輸入信號的峰值最大為1.4V，在頻段范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)增益0dB到40dB可調(diào)。10、MAX120A/D轉(zhuǎn)換電路我們選用采用BICMOS 工藝生產(chǎn)的帶采樣保持電路的12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX120，它的轉(zhuǎn)換時間1.6us,采樣率可達(dá)500Ksps。電路連接如圖44所示，工作于連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，數(shù)據(jù)存儲采用DMA

7、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(gòu)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(guān)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(shí)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(guān)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Q

8、1和Q2集電極電流之差。當(dāng)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(dāng)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(fù)，最終電路將進(jìn)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(diào)節(jié)輸出信號幅度。）為了進(jìn)一步擴(kuò)展頻帶，我們設(shè)計時降低了信號輸出幅度。由于AD603的頻率響應(yīng)特性特性，到10MHz時信號有效值上揚(yáng)。我們在AD603后串接一電阻R對其進(jìn)行頻

9、率補(bǔ)償，使其幅值穩(wěn)定。經(jīng)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(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來的階梯波分量及其高次諧波，另一類為AD9851內(nèi)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。考慮到橢圓函數(shù)濾波器比全極點(diǎn)型濾波器能做到對理想低通的最佳近似，且在同等技術(shù)指標(biāo)下所需階數(shù)最低，因而電路實(shí)現(xiàn)起來也比其他類型濾波器容易，故我們設(shè)計了一個截止頻率為30MHz的橢圓函數(shù)濾波器。濾波器輸入輸出端都使用運(yùn)放進(jìn)行阻抗匹配和信號幅度的調(diào)整。14、AD9851電路我們

10、選用DDS集成芯片AD9851來實(shí)現(xiàn)。AD9851內(nèi)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(chǎn)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(dāng)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(shù)據(jù)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(shè)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(zhì)量。電路連接圖如圖所示。15、程控放大電路 采用模擬開關(guān)CD4051,運(yùn)放L

11、F356,配合精密電位器實(shí)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(guān)選通不同的接入電阻,從而實(shí)現(xiàn)不同的放大倍數(shù),達(dá)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(zhuǎn)換電路 D/A轉(zhuǎn)換均采用DAC0800實(shí)現(xiàn)，DAC0800的建立時間為100nS。連接電路如圖所示。由于D/A轉(zhuǎn)換的結(jié)果為電流，需增加LF356實(shí)現(xiàn)I-V轉(zhuǎn)換。17、MAX197A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器MAX197 ，它的輸入范圍軟件可調(diào)具有05V ,010V,-55V ,-1010V四種模式，同時具有八個模擬通道，可以

12、巡回測量，大大簡化了電路設(shè)計。它是以寫控制字寫信號的下降沿來啟動轉(zhuǎn)換，而且每次轉(zhuǎn)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：2012年大學(xué)生電子設(shè)計競賽黑龍江賽區(qū)TI杯競賽題E題：簡易LCR測量儀（本科）一、 任務(wù)設(shè)計并制作簡易電阻、電容、電感、品質(zhì)因數(shù)和損耗系數(shù)測量儀，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1測量儀框圖二、要求1 基本要求（1）測量電阻范圍：100W1MW，測量精度：；（2）測量電容范圍：1000pF0.1mF，測量精度：；（3）測量電感范圍：1mH100mH，測量精度： ；（4）可使用按鍵設(shè)置被測器件的類型和單位，并顯示；（5）自制滿足本測量儀要求的電源。2. 發(fā)揮部分（1

13、）擴(kuò)展量程，并提高測量精度。. 測量電阻范圍：10W10MW，測量精度：；. 測量電容范圍：100pF1mF，測量精度：；. 測量電感范圍：100mH1H，測量精度： ；（2）測量電感的品質(zhì)因數(shù)Q，測量范圍：1.0999.9，測量精度：；（3）測量電容的損耗系數(shù)D，測量范圍：0.0019.999，測量精度：；（4）具有三個可選的測試頻點(diǎn)：100Hz，1kHz，10kHz；（5）其它（如自動識別器件類型、量程自動轉(zhuǎn)換等）。三、說明1. 作品中不得使用任何專用LCR測量芯片；2. 在賽區(qū)測試時，被測元件由組委會測試組提供；3. 在賽區(qū)測試時，以成品數(shù)字電橋（基本準(zhǔn)確度不低于0.2%）的測量值為標(biāo)準(zhǔn)考察測量精度。四、評分標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目主要內(nèi)容滿分設(shè)計報告 (1) 方案比較、設(shè)