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電子設計中經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。 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果。例如，測量點之間的諧振現象和網絡特性的突變點常常被漏掉。 DDS(DirectDigitalSynthesis)技術是1971年3月由美國學者J.TIerncy,C.M.Rader和B.Gold提出，這是一種從相位概念出發直接合成所需要波形的全數字頻率合成技術，原理框圖如下： 圖表 1DDS技術原理框圖 DDS技術的出現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律在一定頻率范圍內掃動的信號，如此即可對DUT進行快速、定性或定量的動態測試。因此，對DUT的調整、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/任意波形發生器采用了DDS直接數字合成技術，可生成穩定、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”的設置； 4.觸發方式包括“自動觸發”、“外部觸發”和“手動觸發”； 5.支持“標記頻率”的設置，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 在近代通信設備和各類控制系統中，濾波器的應用極為廣泛，濾波器的優劣直接決定產品的優劣，所以，對濾波器的研究和生產歷來為各國所重視。 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，濾波器產品和實現方案也是多種多樣的，如下圖所示： 圖表2 濾波器產品和實現方案舉例 了解各濾波器的頻響曲線，對于電子設計者來說是至關重要的，這往往直接影響最終產品的性能。 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用，具體測試平臺如下： 圖表3 濾波器頻響測試 DG5000提供“線性掃頻”和“對數掃頻”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，“對數掃頻”是指輸出頻率以恒定的“每秒倍頻程”的方式改變。 圖表4 掃頻頻率變化趨勢圖 “對數掃頻”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。具體測試結果如下： 圖表5 線性掃頻與對數掃頻的比較 通過示波器顯示的掃頻信號包絡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。 圖表 6DG5000掃頻操作界面 高分辨率數字濾波器的頻響測試 數字濾波器頻率響應的研究是一個非常復雜的課題。很多文章都只在研究穩態下的濾波器頻響，而事實上，雷達和其它突發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、沖激響應時間就越長。例如頻譜儀的分析濾波器，在穩態條件下有著很好的相鄰信道抑制能力，而瞬態響應卻非常糟糕，這也符合了濾波器沖激響應理論。 圖表7 差頻式頻譜分析儀框圖 DG5000的“步進掃頻”正是針對瞬態響應較差的數字濾波器測試所設計的。“步進掃頻”能夠將掃頻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，用戶可以根據濾波器的特性設定掃頻時間和分段數。 圖表8 步進掃頻頻率變化趨勢圖 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置，所以，根據濾波器的特性，只要使得每個步進的停留時間能夠大于濾波器由瞬態進入穩態的時間，就可準確測試出濾波器的頻響特性。此外，通過調整每個步進的停留時間，也可以測定濾波器達到穩態所需要的時間。 圖表9 DG5000步進掃頻界面 結語 DDS信號源應用于掃頻測試技術中，這相對于傳統的磁調制掃頻振蕩器、變容二極管掃頻等技術有著得天獨厚的優勢，相信DDS信號源會更廣泛的應用于掃頻測試技術，同時也為工程師們帶來更大的便利。 |
