单片机与FPGA在信号测试中的重要作用解析方案

3.2 峰值检波电路

峰值检测原理是当输入电压通过正半周时，检波管导通，电容C充电，选取适当电容值，使其电容放电速度大于充电速度，这样，电容两端的电压可以保持在最大电压处，该电压通过由运算放大器构成的射随器(高阻隔离)输出电压峰值。这里运算放大器选用LF356，其输入失调电压和输入失调电流较小，输入阻抗大，可以很好隔离前后级。峰值检波电路如图3所示。

3.3 比较器电路

在输入/输出端信号经无限放大进入过零比较器，产生与两信号同步变化的方波信号，可提供给FPGA进行相位差计数。过零比较器无相位延迟，其方波信号完全反应进、出网络的相位差。MAX912是MAXIM公司的双通道高速低功耗、高精度电压比较器。该器件传播速度快(典型值为10 ns)，功耗低(单个比较器工作电流为6 mA)，每个比较器均有独立的锁存使能功能。由于FPGA对相位的测量是基于对下降沿的检测，为了产生边沿陡峭的方波，因此，选用MAX912组成的高速过零比较器，其电路如图4所示。

4 软件设计

图5为系统软件设计流程图，首先系统初始化，主要是初始化LCD菜单显示，这样可便于根据LCD菜单进行按键操作。然后系统可根据默认频率范围(100 Hz~1 000 kHz)扫描，如果无其他按键，则示波器显示待测网络在该默认频率范围的频率特性曲线。当有按键下，CPU产生中断进行按键处理，改变扫描参数。系统配置主要有4种按键处理情况，若左右频率设置则改变最小最大频率，即改变扫描范围;若步进设置，则改变扫描步进，最小步进设置为10 Hz;若设置为快扫和慢扫，快扫速度快实时性好，而慢扫精度高但速度慢;若特定频率点测量，则LCD显示该网络在单个频率点的幅度特性和相位特性。按键设置完毕，系统按照设定参数扫描和测试，示波器和LCD显示新结果并等待新的按键操作。