摘要:调频电流源是一种频率可以改变的电流源,ARM控制DDS输出一个频率以及幅度可调的正弦电压信号,DDS输出信号再经过滤波以及V/I 转换得到一个正弦电流信号,其电流幅度输出范围为0~20 mA,频率范围为0~1 MHz.详细讲述了该调频电流源实现的重要技术以及相应的公式推导.对所设计的调频电流源电路的性能进行了仿真,仿真结果表明,其输出频率0~1 MHz.幅度0~20 mA内可调,符合设计的要求.该电路精度高,稳定性好.

0 引言

调频电流源作为电流源的一种,需为负载提供稳定的电流的仪器,目前市场上,频率可调的电流源较少,多为频率固定的恒流源,在一些测量里,需要用到频率可调的电流源,例如测量人体阻抗网络,就需要用到频率可调的电流源.传统的电流源电路多采用模拟电路来实现,输出的频率稳定度和精度等指标都不高.现在数字化发展越来越快,DDS技术的应用越来越广泛.应用DDS技术能够产生频率快速转换.分辨率高.相位可控的信号.这在电子测量.雷达系统.调频通信等领域具有十分重要的作用.本文采用DDS 技术产生一个频率可调的正弦信号来实现调频电流源的设计,它可以实现0~1 MHz信号的输出,通过信号放大电路.滤波电路.电压-电流电路来实现交流电流的输出,提高了调频电流源的精度和稳定度.

1 调频电流源系统的设计

调频电流源的原理框图如图1所示,由信号源产生一个正弦的交流信号,经过电压-电流转换得到一个交流的电流信号,经过反馈控制保证电流信号的稳定度.

该调频电流源系统设计如图2所示.由原理图可知整个调频电流源包括ARM 控制DDS正弦波产生电路.信号放大电路.低通滤波电路和电压-电流转换电路.

电路工作原理:通过键盘输入需要调频电流源需要输出的电流值大小以及频率值,由ARM 写控制字到DDS,由DDS输出相应的正弦信号,若需要输出为直流,则不需要产生相应的正弦信号,正弦信号通过信号放大电路得到一个较大幅度的正弦信号,该信号通过低通滤波器,输出电压-电流转换电路,得到相应的电流信号.

为了维持输出电流信号的稳定度,将输出信号经过取样电阻以及峰值检波电路反馈到ARM 控制器,通过A/D采样,读取输出信号的最大值,由ARM 进行反馈调节,从来保证了信号的稳定度.其中低通滤波器主要滤除不需要的谐波,减少干扰;RS 232为通信端口.

1.1 信号源

该调频电流源的信号源是由ARM 控制DDS 输出一个正弦信号来实现,其连接如图3 所示.ARM 控制DDS输出一个信号的频率以及幅度可调的正弦信号.

DDS的基本结构主要包括相位累加器.相位寄存器和波形查找表.DDS技术的实现依赖于高速数字电路,其工作速度主要受D/A转换器的限制.DDS的基本结构如图4所示.

图中:K 为频率控制字;n 为查找表的地址线位数;N 为相位累加器的字长;L 为查找表的数据线位数,即DAC的分辨率;fc为系统参考时钟.DDS系统在参考时钟fc的作用下,相位累加器(由N 位加法器和N 位相位寄存器组成)对频率控制字K 进行线性累加,将结果的高n 位作为查找地址进行相位幅度转换,产生L 位幅度量化值,再由数/模转换器进行转换.相位累加器作为DDS的核心,不断地对频率控制字进行累加,累加器的溢出频率就是输出信号的频率.DDS的输出信号频率为: