一种数字频率特性测试仪的设计-南京信息工程大学学报.PDF
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文章编号:1674⁃7070(2015)02⁃0137⁃05
孟瑞丽 宋安 张宏群 尤天羽 刘恒1 1 1 1 1
一种数字频率特性测试仪的设计
摘要 0 引言
设计了一种基于正交调制原理的数
字频率特性测试仪,系统用稳态响应法 基于硅微机械加工技术制造的,具有力学谐振频率的微谐振式
测量电路的频率特性.单片机作为主控
传感器是一类非常重要的传感器.它通过检测其机械谐振器谐振频率
芯片,完成系统的总体控制及数字信号
处理;使用集成的直接数字频率合成芯 的变化来实现外部物理量的测量,特点是尺寸小、制作成本低廉、功
片输出全频率范围内的正弦波.系统对 耗小,易与数字电路接口,具有广阔的应用前景.同时,微谐振式传感
待测电路的输入信号及其输出响应采
器的重复性、分辨率和稳定性非常优良,它适于测量多种物理量,如
样,经数字信号处理后,获得电路的幅频
[1]
特性和相频特性.设计的测试仪测某 压力、真空度、角速度、加速度、流量、大气电场强度等 .微机械谐振
RLC 网络,中心频率的相对误差小于 式传感器的品质因数和谐振频率的确定可以为后续的测控电路参数
02%,有载品质 因数相对误差小于 [2⁃3]
的选定提供重要依据 ,而微机械谐振式传感器又可以等效为一个
-
125%,最大电压增益大于 1dB.频率特
[4⁃5]
性测试仪输入输出阻抗均为50 Ω,幅频 RLC 串联网络 ,通过扫频测试可以获得品质因数和谐振频率.目
误差绝对值小于05 dB,相频误差绝对 前,谐振频率和品质因数的测试主要采用电学和光学两种测试方法,
值小于3°,测试仪能满足微机械谐振传 光学测试中需要利用显微镜和计算机视觉辅助仪器,电学测试一般
感器特征参数测试需求.
关键词 采用动态信号分析仪器,通过频率扫描来测定幅频和相频曲线,进而
直接数字频率合成(DDS);正交;幅 确定品质因数和谐振频率.由于实验经费的限制,本文介绍了一种基
频曲线;相频曲线 于正交调制原理的数字频率特性测试仪设计,价格低廉、操作简单.设
中图分类号 TN91123 计研制的频率特性分析仪通过测试某RLC 网络,获得了较好的精度,
文献标志码 A 能够应用于微机械谐振传感器品质因数和谐振频率特征参数的测量.
1 基于正交的频率特性仪设计原理
设计的一种数字频率特性测试仪由正交信号源采用直接数字频
率合成(DDS)芯片AD9854、自动增益控制芯片AD603、模拟乘法器
AD835、有源二阶低通滤波器(LPF) 、主控芯片MSP430F149单片机、
收稿日期 2014⁃02⁃15 晶体管显示屏(TFT)矩阵按键等组成.
资助项目 江苏省自然科学基金(BK2013100
1);江苏省高校自然科学研究基金(13KJB510 其中主控芯片MSP430F149控制AD9854产生两路正交正余弦电
017);制造过程测试技术⁃省部共建教育部重 压信号,产生的信号频率和变换方式由单片机写入AD9854储存器的控
点实验室开放基金(14ZXZK02)
作者简介 制字来实现.产生的I、Q两路正交信号经过自动增益放大,其中放大后
孟瑞丽,女,硕士生,主要研究微机械谐振 的I路电压信号一支路通过被测量
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