專利名稱：高精度多通道模擬信號源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子測試領(lǐng)域，具體是一種高精度多通道模擬信號源。
背景技術(shù)：
模擬信號源是現(xiàn)代電子測試系統(tǒng)的重要組成部分，例如航空航天領(lǐng)域內(nèi)對航空航 天遙測設(shè)備_遙測采編器的性能測試，模擬信號源要為遙測采編器測試提供可靠的標(biāo)準(zhǔn)模 擬信號，用于測試遙測采編器的各種性能。隨著航空航天等高科技領(lǐng)域內(nèi)電子儀器的高速 發(fā)展，電子測試儀器對模擬信號源的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的要求越來越高，而現(xiàn)有模擬信 號源生成的模擬信號存在信號種類單一、直流量信號精度不高、矩形波上升沿建立時(shí)間過 長等問題，不能適應(yīng)電子測試領(lǐng)域發(fā)展需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了滿足當(dāng)前電子測試領(lǐng)域?qū)δM信號源的需要，提供了一種高精度多通 道模擬信號源。 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的高精度多通道模擬信號源，包括邏輯控制單 元、用于存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、波形輸出電路，存儲(chǔ)器與邏輯控制單元連接，波形輸出電 路包含D/A轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路、受邏輯控制單元控制動(dòng)作的多通道切換開關(guān)、以及若 干路模擬信號輸出模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端和輸出端分別與邏輯控制單元、信號調(diào)理電 路連接，多通道切換開關(guān)的輸入端與信號調(diào)理電路輸出端連接，多通道切換開關(guān)的各通道 輸出端經(jīng)獨(dú)立采樣保持電路與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的輸入端連接；所述模擬信號輸出模 塊為雙輸入雙輸出模擬信號輸出模塊，包含受邏輯控制單元控制動(dòng)作的雙輸入單輸出式單 刀雙擲開關(guān)K卜^及單輸入雙輸出式單刀雙擲開關(guān)Ki—2，且單刀雙擲開關(guān)1(卜J勺輸出端與單刀 雙擲開關(guān)K卜2的輸入端之間設(shè)置有信號調(diào)理電路，單刀雙擲開關(guān)Ki—2的兩輸出端V0卜"VOi—2 之間串聯(lián)有電阻Ri，單刀雙擲開關(guān)Ki—2的其中一輸出端V0i—J乍為信號源的模擬信號輸出
丄山
順； 波形輸出電路中的多通道切換開關(guān)采用通道數(shù)為模擬信號輸出模塊個(gè)數(shù)二倍的 單輸入多輸出式多通道切換開關(guān)，且多通道切換開關(guān)的每兩通道為一組，每組通道的輸出 端分別經(jīng)獨(dú)立采樣保持電路與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的輸入端連接； 波形輸出電路的輸出端與邏輯控制單元之間設(shè)有回采測試電路，所述回采測試電 路包含受邏輯控制單元控制動(dòng)作的多通道切換開關(guān)、與多通道切換開關(guān)輸出端連接的信號 調(diào)理電路，以及輸入端和輸出端分別與信號調(diào)理電路、邏輯控制單元連接的A/D轉(zhuǎn)換電路， 其中，回采測試電路中的多通道切換開關(guān)采用通道數(shù)為模擬信號輸出模塊個(gè)數(shù)二倍的多輸 入單輸出式多通道切換開關(guān)，且多通道切換開關(guān)的每兩通道為一組，每組通道的輸入端與 相應(yīng)模擬信號輸出模塊的兩輸出端VO卜pV(V2連接。所述信號調(diào)理電路和采樣保持電路是 現(xiàn)有公知電路，且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以多種電路變形實(shí)現(xiàn)。 在啟動(dòng)本發(fā)明所述模擬信號源后，模擬信號源的邏輯控制單元讀取存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)分時(shí)循環(huán)輸出與波形對應(yīng)的數(shù)字信號，并經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換、信號調(diào) 理模塊調(diào)理后，經(jīng)在邏輯控制單元控制下的多通道切換開關(guān)及相應(yīng)采樣保持電路傳輸至相 應(yīng)模擬信號輸出模塊V0卜工輸出，實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)分別輸出多種波形模擬信號的目的。
本發(fā)明所述模擬信號源在實(shí)現(xiàn)直流量信號、及正弦波、三角波、鋸齒波等交流波形 信號輸出時(shí)，模擬信號輸出模塊的單刀雙擲開關(guān)K卜2在邏輯控制單元控制下，始終保持其輸 入端與信號源模擬信號輸出端VO卜工導(dǎo)通，即上述波形信號在經(jīng)相應(yīng)采樣保持電路采樣保持 后，經(jīng)單刀雙擲開關(guān)Ki—^信號調(diào)理電路傳輸至單刀雙擲開關(guān)Ki—2，由單刀雙擲開關(guān)&—2的信 號源模擬信號輸出端VO卜工輸出，為被測設(shè)備提供所需模擬信號； 尤其針對直流量信號輸出精度問題，特增設(shè)直流量信號輸出回采反饋功能，即由 信號源模擬信號輸出端VOi—工輸出的直流量信號同時(shí)經(jīng)由多通道切換開關(guān)、信號調(diào)理模塊、 A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的回采測試電路回采反饋回邏輯控制單元，邏輯控制單元將回采信號與 直流量信號的原設(shè)定值比較，對輸出的與直流量信號對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行校正，并應(yīng)用高 精度D/A轉(zhuǎn)換電路及高精度信號調(diào)理電路，盡可能地消除了外界因素(如溫度)變化對本 發(fā)明所述模擬信號源電路帶來的影響，減小直流量模擬信號輸出誤差，以提高本發(fā)明所述 模擬信號源輸出直流量模擬信號的精度，保證直流量模擬信號輸出精度在±0. 05% FS內(nèi)， 有效地改善了模擬信號源的整體精度。 另外，本發(fā)明所述模擬信號源在實(shí)現(xiàn)矩形波信號輸出時(shí)，邏輯控制單元順序輸出 與高電平和低電平對應(yīng)的數(shù)字信號，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理模塊調(diào)理后，在 邏輯控制單元控制下由多通道切換開關(guān)中屬于同一個(gè)通道組的兩通道輸出，然后經(jīng)采樣保 持電路采樣保持后，傳輸至相應(yīng)的模擬信號輸出模塊(即矩形波模擬信號輸出模塊)，并由 邏輯控制單元按照要生成矩形波的頻率切換單刀雙擲開關(guān)Ki—p生成矩形波模擬信號，然后 經(jīng)信號調(diào)理電路消除開關(guān)高速切換產(chǎn)生的過沖，產(chǎn)生光滑波形上升沿，由單刀雙擲開關(guān)K卜2 的信號源模擬信號輸出端VOi—工輸出；以單刀雙擲開關(guān)Ki—工高速切換得到矩形波信號，提高 了矩形波波形上升沿的建立速度，使得矩形波波形上升沿的建立時(shí)間小于200ns，矩形波信 號頻譜范圍可以覆蓋O 5MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足對遙測采編器進(jìn)行通道帶寬測試時(shí)的需要。
此外，本發(fā)明所述模擬信號源可多通道同時(shí)實(shí)現(xiàn)對各被測設(shè)備輸入阻抗RH的測 量，在測量時(shí)，本發(fā)明所述模擬信號源首先由邏輯控制單元切換與模擬信號輸出端VO卜工對 應(yīng)的模擬信號輸出模塊中的單刀雙擲開關(guān)K卜2，選通與信號源模擬信號輸出端VO卜工相對的 另一輸出端V0i—2(即非信號源模擬信號輸出端)；這時(shí)，本發(fā)明所述模擬信號源為被測設(shè)備 提供的直流量模擬信號在經(jīng)電阻Ri降壓后，才施加在被測設(shè)備上，如圖1所示，電阻Ri兩 端的電壓V0卜工和V0卜2通過由多通道切換開關(guān)、信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的回采測
試電路反饋回邏輯控制單元，根據(jù)公式i i—,=
ra,—2乂
A換算得到被測設(shè)備的輸入阻
抗Rh。當(dāng)被測設(shè)備的輸入阻抗過小時(shí)，會(huì)使模擬波形輸出模塊無法驅(qū)動(dòng)負(fù)載，從而導(dǎo)致輸 出的模擬波形失真，所以波形輸出時(shí)首先進(jìn)行阻抗測試，如被測設(shè)備的輸入阻抗正確(一
般設(shè)備的輸入阻抗不小于2兆歐)，邏輯控制單元切換單刀雙擲開關(guān)K卜2選通開關(guān)K卜2的信 號源模擬信號輸出端VO卜p經(jīng)由開關(guān)K卜2所在模擬信號輸出模塊的模擬信號輸出端VO卜工為 被測設(shè)備提供直流量模擬信號，當(dāng)測得輸入阻抗過小時(shí)，邏輯控制單元?jiǎng)t不對開關(guān)K卜2進(jìn)行 切換，進(jìn)而起到智能保護(hù)信號源和被測設(shè)備的作用。其中，電阻Ri(即串聯(lián)于單刀雙擲開關(guān)
4Ki—2兩輸出端之間的電阻Ri)為阻抗測試參考電阻。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、合理，便于優(yōu)化改進(jìn)，性能穩(wěn)定，各通道能獨(dú)立輸出直流量、矩 形波、正弦波、三角波、鋸齒波等波形模擬信號，能為被測設(shè)備在直流特性、交流特性、輸入 阻抗、通道帶寬和通道干擾等方面的測試提供多種波形的高精度模擬信號，信號有效性和 可靠性極高，直流量信號輸出精度可以達(dá)到±0. 05XFS，矩形波上升沿的建立時(shí)間小于 200ns，并能測試被測設(shè)備的輸入阻抗；可廣泛應(yīng)用于電子儀器測試領(lǐng)域，以便縮短電子儀 器的開發(fā)設(shè)計(jì)周期。


圖1為本發(fā)明的原理方框具體實(shí)施例方式
如圖1所示，高精度多通道模擬信號源，包括邏輯控制單元、用于存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)器、波形輸出電路，存儲(chǔ)器與邏輯控制單元連接，波形輸出電路包含D/A轉(zhuǎn)換電路、信 號調(diào)理電路、受邏輯控制單元控制動(dòng)作的多通道切換開關(guān)、以及若干路模擬信號輸出模塊， D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端和輸出端分別與邏輯控制單元、信號調(diào)理電路連接，多通道切換開關(guān) 的輸入端與信號調(diào)理電路輸出端連接，多通道切換開關(guān)的各通道輸出端經(jīng)獨(dú)立采樣保持電 路與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的輸入端連接；所述模擬信號輸出模塊為雙輸入雙輸出模擬信 號輸出模塊，包含受邏輯控制單元控制動(dòng)作的雙輸入單輸出式單刀雙擲開關(guān)Ki—p及單輸入 雙輸出式單刀雙擲開關(guān)Ki—2，且單刀雙擲開關(guān)1(卜工的輸出端與單刀雙擲開關(guān)Ki—2的輸入端之 間設(shè)置有信號調(diào)理電路，單刀雙擲開關(guān)K卜2的兩輸出端VO卜"VOi—2之間串聯(lián)有電阻Ri，單刀 雙擲開關(guān)K卜2的其中一輸出端VO卜工作為信號源的模擬信號輸出端； 波形輸出電路中的多通道切換開關(guān)采用通道數(shù)為模擬信號輸出模塊個(gè)數(shù)二倍的 單輸入多輸出式多通道切換開關(guān)，且多通道切換開關(guān)的每兩通道為一組，每組通道的輸出 端分別經(jīng)獨(dú)立采樣保持電路與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的輸入端連接； 波形輸出電路的輸出端與邏輯控制單元之間設(shè)有回采測試電路，所述回采測試電 路包含受邏輯控制單元控制動(dòng)作的多通道切換開關(guān)、與多通道切換開關(guān)輸出端連接的信號 調(diào)理電路，以及輸入端和輸出端分別與信號調(diào)理電路、邏輯控制單元連接的A/D轉(zhuǎn)換電路， 其中，回采測試電路中的多通道切換開關(guān)采用通道數(shù)為模擬信號輸出模塊個(gè)數(shù)二倍的多輸 入單輸出式多通道切換開關(guān)，且多通道切換開關(guān)的每兩通道為一組，每組通道的輸入端與 相應(yīng)模擬信號輸出模塊的兩輸出端VO卜p VO卜2連接。 具體實(shí)施時(shí)，可以設(shè)置與邏輯控制單元連接的LVDS傳輸模塊，并設(shè)置主控模塊和 背板LVDS總線，使邏輯控制單元通過LVDS傳輸模塊經(jīng)背板LVDS總線與主控模塊通信，實(shí) 現(xiàn)邏輯控制單元與主控模塊之間的命令和數(shù)據(jù)交換，使邏輯控制單元接收主控模塊傳輸來 的量化波形數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到大容量波形存儲(chǔ)器中，供邏輯控制單元調(diào)用，以便邏輯控制單元 控制波形輸出電路，生成相應(yīng)的模擬信號。其中，主控模塊可以通過USB總線與上位機(jī)相 連，實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)下載和信號源的實(shí)時(shí)可編程。 如圖1所示，本發(fā)明所述高精度多通道模擬信號源可以為被測設(shè)備提供32路模擬 信號。本發(fā)明所述高精度多通道模擬信號源的元器件選擇如下邏輯控制單元采用Xilinx公司的Spartan-IIE系列可編程邏輯器件；D/A轉(zhuǎn)換芯片選擇ANALOG公司的16位D/A轉(zhuǎn)換 器AD768 ;A/D轉(zhuǎn)換芯片選擇ANALOG公司的16位、1MSPS的AD7667,其輸出的2. 5V基準(zhǔn)參考 電壓溫度漂移達(dá)到3ppm廣C，能為D/A轉(zhuǎn)換輸出提供高精度參考電壓；實(shí)現(xiàn)矩形波信號時(shí)， 應(yīng)用的單刀雙擲開關(guān)K卜工和K卜2采用四路SPDT開關(guān)ADG333A，其導(dǎo)通切換時(shí)間t。n < 175ns。
權(quán)利要求
一種高精度多通道模擬信號源，包括邏輯控制單元、用于存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、波形輸出電路，存儲(chǔ)器與邏輯控制單元連接，波形輸出電路包含D/A轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路、受邏輯控制單元控制動(dòng)作的多通道切換開關(guān)、以及若干路模擬信號輸出模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端和輸出端分別與邏輯控制單元、信號調(diào)理電路連接，多通道切換開關(guān)的輸入端與信號調(diào)理電路輸出端連接，多通道切換開關(guān)的各通道輸出端經(jīng)獨(dú)立采樣保持電路與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的輸入端連接；其特征在于所述模擬信號輸出模塊為雙輸入雙輸出模擬信號輸出模塊，包含受邏輯控制單元控制動(dòng)作的雙輸入單輸出式單刀雙擲開關(guān)Ki-1、及單輸入雙輸出式單刀雙擲開關(guān)Ki-2，且單刀雙擲開關(guān)Ki-1的輸出端與單刀雙擲開關(guān)Ki-2的輸入端之間設(shè)置有信號調(diào)理電路，單刀雙擲開關(guān)Ki-2的兩輸出端VOi-1、VOi-2之間串聯(lián)有電阻Ri，單刀雙擲開關(guān)Ki-2的其中一輸出端VOi-1作為信號源的模擬信號輸出端；波形輸出電路中的多通道切換開關(guān)采用通道數(shù)為模擬信號輸出模塊個(gè)數(shù)二倍的單輸入多輸出式多通道切換開關(guān)，且多通道切換開關(guān)的每兩通道為一組，每組通道的輸出端分別經(jīng)獨(dú)立采樣保持電路與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的輸入端連接；波形輸出電路的輸出端與邏輯控制單元之間設(shè)有回采測試電路，所述回采測試電路包含受邏輯控制單元控制動(dòng)作的多通道切換開關(guān)、與多通道切換開關(guān)輸出端連接的信號調(diào)理電路，以及輸入端和輸出端分別與信號調(diào)理電路、邏輯控制單元連接的A/D轉(zhuǎn)換電路，其中，回采測試電路中的多通道切換開關(guān)采用通道數(shù)為模擬信號輸出模塊個(gè)數(shù)二倍的多輸入單輸出式多通道切換開關(guān)，且多通道切換開關(guān)的每兩通道為一組，每組通道的輸入端與相應(yīng)模擬信號輸出模塊的兩輸出端VOi-1、VOi-2連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子測試領(lǐng)域，具體是一種高精度多通道模擬信號源。滿足了當(dāng)前電子測試領(lǐng)域?qū)δM信號源的需要。所述模擬信號源包括邏輯控制單元、存儲(chǔ)器、波形輸出電路，波形輸出電路包含D/A轉(zhuǎn)換電路、信號調(diào)理電路、多通道切換開關(guān)、若干路模擬信號輸出模塊；波形輸出電路輸出端與邏輯控制單元之間設(shè)有回采測試電路。本發(fā)明能獨(dú)立輸出直流量、矩形波等波形模擬信號，能為被測設(shè)備的性能測試提供多種波形的高精度模擬信號，直流量信號輸出精度可以達(dá)到±0.05％FS，矩形波上升沿建立時(shí)間小于200ns，滿足對航空航天遙測設(shè)備——遙測采編器等高端電子產(chǎn)品進(jìn)行通道帶寬測試時(shí)的需要，且結(jié)構(gòu)簡單、合理，性能穩(wěn)定，信號有效性和可靠性極高。
文檔編號G01R1/20GK101701971SQ20091007580
公開日2010年5月5日 申請日期2009年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月24日
發(fā)明者任勇峰, 單彥虎, 張文棟, 李圣昆, 焦新泉, 甄國涌, 蘇淑靖, 趙冬青, 趙呈愷 申請人:中北大學(xué)