如何測量高頻正弦波信號峰值與有效值?
發(fā)布時(shí)間:2015-03-03 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】本篇文章以20M的正弦波信號為例,對信號峰值和有效值得測量進(jìn)行分析和講解。并針對一些情況進(jìn)行了假設(shè),打消顧慮。希望大家在閱讀過本篇文章之后能夠有所收獲。
有關(guān)正弦波信號峰值和有效值測量的資料,網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)資料并不豐富。但是這個(gè)問題卻是出現(xiàn)的比較頻繁的。本篇文章以一個(gè)20M的正弦波信號為例,對這個(gè)問題展開討論。
通常來說,頻率可以通過高速比較器轉(zhuǎn)成方波測量。那么有效值或者峰值該如何測呢?使用AD637等測有效值,但頻率只能幾M而已,峰值保持電路感覺在高頻下效果也不好。
既然是正弦波,那么只要測量出峰值或有效值中的一個(gè),另一個(gè)即可用計(jì)算獲得。在精度要求不是特別高的情況下,可以用高頻二極管整流,然后再用低漏電的電容積分,后面接高阻輸入的緩沖級。足夠長時(shí)間后,電容上的電壓就可以認(rèn)為是峰值。另外再設(shè)計(jì)一個(gè)高阻的可控泄放回路,在測量完成后對電容放電以便再次測量。
這種峰值檢波電路靠電容充放電來實(shí)現(xiàn),如果正弦波帶寬較大,50KHZ~20M直接變化,有人就會(huì)擔(dān)心這種電路不適用了,其實(shí)完全不必?fù)?dān)心。
該法對頻率不敏感,唯一要求信號源具有足夠輸出電壓、驅(qū)動(dòng)能力以及盡量提高后級緩沖級的輸入阻抗,放電回路的斷態(tài)阻抗也要足夠高。后二者的高阻抗實(shí)現(xiàn)不難,緩沖用結(jié)型場效應(yīng)管輸入級的運(yùn)放比如TL072、082等,放電回路則用MOS管搭。信號源的輸出電壓不夠或驅(qū)動(dòng)能力過低則要加放大級,放大級的增益需要在測量結(jié)果中消去。
如果是用DSP去采集信號的頻率和幅值,畫出幅頻特性曲線,信號頻率范圍50K~20M的話,幅值可以程控放大到2V左右,對于這么寬的頻率范圍,峰值檢波電路合適嗎?
要記錄、分析頻幅曲線,最好采用ADC后軟件分析。當(dāng)然,這需要高速ADC,成本比較高。前面說的峰值檢波法用常規(guī)MCU就可以了,DSP純屬大材小用。對于MCU無法測頻的高頻信號,可以先用程控分頻器分頻后再測。正弦波轉(zhuǎn)方波用施密特門就可以了,不必使用高速比較器,成本相差很遠(yuǎn)。
如果待測信號具有明顯的諧波成分,或者需要對諧波進(jìn)行分析,那么前述方法都不夠精確甚至無法進(jìn)行諧波分析,那么就必須使用直接ADC法了。
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