设相位累加器的位数为N,相位控制字的值为FN,频率控制字的位数为M,频率控制字的值为FM,内部工作时钟为Fc,最终合成信号的频率和相位可由下式来决定:F=Fc·FM/2N,θ=2πFN/2M。其中M=32,N=5,外部输入25 MHz的时钟,经过内部6倍频后为fc=150 MHz。由于不需要设置相位,所以五位相位控制字一直写入0,频率控制字为FM=2NxF/Fc。
3.2 有效值检波模块
真有效值检波电路采用ADI公司的AD637,该芯片根据真有效值计算公式,直接输出信号的有效值电压,原理图如图3所示,通过使用片内后级滤波网络可以有效减小带内纹波。在C_AV口接入1μF的电容,在输入信号频率小于1MHz时,幅度的测量误差小于1%。精度非常高。
3.3 限幅放大电路
在对信号进行相位测量前,要先将其整形为方波。但当信号经被测网络后幅值有较大变化,可能出现信号较强时超出后级处理芯片的测量范围,而信号较弱时又不能够被后级处理芯片识别的情况。由于对信号进行频率或者相位的测量只需要知道其周期信息,而非幅值信息,因此在把正弦信号整形成方波的模块中,采取限幅放大,而不采用单纯的LM311整形电路,可以达到更好的效果。
具体电路如图4所示,此限幅放大电路由前级同相放大、限幅放大和电平转换电路3部分组成。前级同相放大电路主要起到阻抗变换的作用;限幅放大电路采用二极管1N4148实现负反馈桥式限幅。如果输出信号幅值大于5 V,桥式电路的二极管导通,稳压二极管工作,将电压钳位于5 V左右;电平转换电路将放大后的信号经比较后整形为方波信号。转换为TTL电平,便于送入后级电路处理。
由于比较器一级的输入输出电压都很大,因此电路中的运放芯片应该选取超高摆率、输出电流大、耐压高的运放。同时,为使进入比较器的信号更加稳定,应选取增益带宽积较大的运放。综合以上因素,选取LF356。其增益带宽积达到5MHz,摆率12V/μs,远满足设计要求。