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3.1信號(hào)調(diào)理電路
信號(hào)的調(diào)理可具體分為兩個(gè)方面：一是對(duì)噪聲干擾的有效抑制；二是對(duì)輸出信號(hào)功率進(jìn)行調(diào)理。
3.1.1低通濾波器
AD9858的內(nèi)部沒有低通濾波器，因此經(jīng)過DAC輸出的掃頻信號(hào)不可避免的含有高頻噪聲，該噪聲可以分為兩大類：一類為DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換所帶來的階梯波形分量及其高次諧波，另一類為AD9858內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘及其高次諧波。
故信號(hào)輸出端口需加低通濾波抑制高頻干擾。
濾波器可以分為有源和無源濾波器。有源濾波器的設(shè)計(jì)引入了有源元件—集成運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器具有近似理想的特性，且可以省去電感，因此可以得到接近理論預(yù)測(cè)的頻率響應(yīng)特性，并能減小體積（特別是在低頻時(shí)，無源濾波器的電感量較大）。但由于受到運(yùn)放帶寬的限制，有源濾波器一般僅限于幾百kHz以內(nèi)的頻帶。
無源濾波器采用分立元件進(jìn)行設(shè)計(jì)[23]，其頻率范圍比較寬，因此一般用于高頻設(shè)計(jì)。由于AD9858的內(nèi)部時(shí)鐘為800MHz，輸出信號(hào)的最高頻率為
300MHz，因此在圖3-2中的兩個(gè)濾波器需要設(shè)計(jì)成無源低通濾波器。
低通濾波器可以分為巴特沃什濾波、切比雪夫?yàn)V波、貝賽爾濾波和橢圓濾波等。對(duì)各種濾波器的幅頻特性的比較如圖3-3所示。
巴特沃什低通濾波器的通帶和阻帶都是平坦的，但是其過渡帶太過平緩；切比雪夫低通濾波器的通帶是等波紋抖動(dòng)的，阻帶是平坦的，過渡帶巴特沃什稍陡；貝賽爾低通濾波器和切比雪夫低通剛好相反，通帶平坦，阻帶是等波紋抖動(dòng)的；橢圓低通濾波器的通帶和阻帶都是抖動(dòng)的，但是其過渡帶下降迅速，過渡帶很窄。
在本系統(tǒng)中，為了使輸出信號(hào)頻率最高300MHz時(shí)能夠最低程度的降低AD9858內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘800MHz的干擾，采用了具有較窄過渡帶特性的橢圓濾波器，并采用三級(jí)橢圓低通濾波。根據(jù)系統(tǒng)要求輸出信號(hào)的頻率可達(dá)300MHz，設(shè)定其通帶為350MHz，且三級(jí)濾波具有下降速度更快的過渡帶，可以有效的濾除400MHz以上的高頻干擾。在圖3-2中的兩個(gè)濾波器都為低通濾波器，其設(shè)計(jì)可完全相同，但二者的功能是有所區(qū)別的：LPF1用于濾除AD9858的內(nèi)部輸出高頻噪聲，LPF2是為了盡可能的減少多個(gè)不同器件所帶來的內(nèi)部高頻噪聲對(duì)輸出信號(hào)的影響。考慮到實(shí)際的橢圓濾波器的設(shè)計(jì)與理論分析是有所不同的，在本次設(shè)計(jì)中采用理論分析與測(cè)量濾波器的實(shí)際頻譜特性相結(jié)合的方法，在實(shí)際的調(diào)試中逐漸改變?yōu)V波器的元件值，以使頻譜特性達(dá)到最佳。
首先，按照低通橢圓濾波器的理論設(shè)計(jì)方法，采用查歸一化濾波器表的方法設(shè)計(jì)出原始的三級(jí)橢圓低通濾波器，初步確定元件值。如圖3-4所示為理論設(shè)計(jì)的橢圓低通濾波器。
其次，對(duì)理論濾波器進(jìn)行改進(jìn)。由于電阻、電容和電感元件的特性并不是理想的，這一點(diǎn)在高頻中尤其突出，所以需要改進(jìn)。在實(shí)際中，制作PCB實(shí)驗(yàn)板并把濾波器焊接好，用頻率特性測(cè)試儀對(duì)焊接好的濾波器進(jìn)行測(cè)量，如果幅頻特性不好，則調(diào)整電容的值，再次測(cè)量濾波器的幅頻特性，如此反復(fù)，直到該濾波器的特性滿足要求為止。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)整，該三級(jí)橢圓低通濾波器的電路參數(shù)及特性曲線如圖3-5所示。
3.1.2功率控制電路
如果要求掃頻信號(hào)源輸出信號(hào)的功率可調(diào)范圍大于AD9858的輸出信號(hào)的功率范圍，則需要對(duì)輸出信號(hào)的功率進(jìn)行調(diào)理。本系統(tǒng)采用可控增益放大器對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行調(diào)理。
如圖3-2所示，在可控增益放大器AD8369 [24]的后面加有固定寬帶運(yùn)放AD8009和射頻功放RF2317，這主要是為了進(jìn)一步增加信號(hào)的功率，使其達(dá)到更高的功率范圍，其中AD8009還有把差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)的作用。
AD8369為數(shù)字可控增益放大器，其可調(diào)節(jié)的放大范圍為45dB，步長(zhǎng)為3dB，可以對(duì)輸出信號(hào)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
AD8369的帶寬為600MHz，差分輸入輸出，數(shù)據(jù)接口為4位并行或3端串行，差分輸入輸出電阻為200，單端口到地等效電阻為100，數(shù)字控制的增益倍數(shù)與AD8369的外圍電路有關(guān)。在本系統(tǒng)中，該數(shù)字可控增益放大器的輸入端口為濾波器LPF1的輸出信號(hào)，為了與AD8369相匹配，在濾波器的輸出端跨接一個(gè)100的電阻，這100的電阻作為AD8369的輸入阻抗；AD8369的輸出端口為由寬帶運(yùn)放AD8009組成的差分變單端信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，整個(gè)電路的設(shè)計(jì)如圖3-6所示。
評(píng)論