DDS扫频技术实现寄生电感测量仪

　　同时谐振发生时整个LC 回路表现出的阻抗为纯阻性， 即感抗和容抗之和为零。利用这个原理， 使用一个扫频信号激励待测电容， 测量出谐振频率， 再结合式(1) 即可测出寄生电感的大小 。根据该原理， 设计1 个扫频发生器产生扫频信号激励待测电容， 然后找出谐振点， 读出谐振频率即可求出电容的寄生电感。其结构如图3 所示。

　　其中最核心的部分就是扫频发生器和谐振点检测电路。

　　图3 寄生电感测试装置功能

　　2 扫频发生器

　　扫频发生器在本系统中产生宽频带扫频信号以激励待测电容， 当电容较大时，以常见的电解电容为例，假设电容为1 000 F, 其寄生电感为100 nH, 则按照式(1)可计算出其自谐振频率为15. 9 kHz, 谐振频率较低;另以瓷片电容为例， 假设其电容值为10 pF, 寄生电感约为10 nH, 则其自谐振频率为500 MHz 这两个信号频率相差了4 个数量级， 这就需要1 个宽带的信号发生器， 这也是本部分的设计难点所在。若采用传统的模拟信号发生的方法， 为了实现信号频率的可调， 一般会采用变容二极管构成的LC 振荡器， 然而在信号频率较低时， 所需要的变容二极管的电容量会很大，而传统的变容二极管电容值一般只是几个pF 至几百pF ,很难满足低频振荡要求。为了简化扫频电路， 以及实现数字化控制， 这里采用DDS技术产生宽带信号。DDS采用的是DA 转换器的原理， 通过计数器累加实现的连续波形输出 , 而DDS芯片外围电路简单， 通过写它的寄存器便可实现信号频率的调节， 同时产生的信号频率分辨率高，一般可以达到0. 01 Hz 级别， 信号频率的跨度大， 可以实现从几Hz 到几百MHz 的连续信号， 非常适合做扫频发生器。这里采用了AD9854 这款DDS 芯片， 它在300 MHz 时钟驱动下， 按照乃奎斯特采样定律可以产生最高150 MHz 的信号，为了得到信号较好的频率则一般只得到最高100 MHz 的信号。若要得到高于100 MHz 的信号， 则可采用其高次谐波得到。基于AD9854 的信号发生电路如图4 所示。限于篇幅，仅画出了关键的输出部分和电流设置部分。AD9854 内置4~ 12 倍频的时钟倍频器， 因此可以外加1 个较低频率的时钟，通过倍频器倍频至300 MHz, 这样可以极大的降低高速片外时钟对系统造成的电磁兼容性问题。AD9854 内部有1个频率控制字寄存器，通过写该寄存器的值便可以改变输出信号的频率， 非常适合数字控制。同时由于时钟采用的时晶体振荡器，因此输出频率的稳定度和分辨率都非常高， 一般为10- 6数量级。

　　图4 AD9854 信号发生电路

3 谐振点检测电路