论文题目：频率计数器模拟通道设计与实现
摘要：频率计数器是一种常用的电子测量分析仪器,同时也是在电子计量与仪器仪表学科研究领域中测量频率与周期、测定时间间隔的重要仪器。研制出高精度频率计数器的关键之一就是设计出低噪声、高带宽、大动态范围的模拟通道。本论文根据设计指标要求,选用合适的分立器件完成了频率计数器模拟通道电路的搭建工作,并对器件实现了国产化替代。本文的主要研究内容如下:1、宽带信号补偿偏置电路研究。为增强电路的驱动能力,采用场效应管与三极管,设计了共漏-共集放大电路;为实现1GHz的带宽指标要求,通过对比不同的设计方案,分析电路结构,设计了宽带信号补偿偏置电路,最终采用分立器件搭建了实际电路并进行调试。2、整形触发电路设计。为满足传播延迟低和抗干扰能力强的需求,采用高速比较器通过迟滞比较对信号进行整形处理;针对模拟通道对触发电压的需求,设计采用双通道电压输出数模转换器和运算放大器将DAC配置成双极性输出,结合FPGA控制,可以任意改变触发电平,最终实现了电压分辨率达到3m V、触发电压范围覆盖-2.5V～2.5V的指标。3、模拟通道器件国产化替代。通过选用合适的分立器件完成了整个频率计数器模拟通道电路的搭建工作,并在现有产品技术基础上对比不同的器件指标参数,不断对电路进行调试,对频率计数器模拟通道使用的器件实现了国产化替代,提高了自主可控性。4、模拟通道数字逻辑设计。为完成对输入信号的调理工作,通过FPGA设计数字逻辑完成对模拟通道进行快速高效的控制;针对信号参数测量功能的需求,设计逻辑控制DAC输出电压随输入信号按步进变化,实现基于高速比较器和可变占空比的信号参数测量,提高频率计数器的功能完备性。最后,通过搭建测试平台对整个频率计数器模拟通道进行测试与验证,对模拟通道的输入阻抗、带宽、输入信号幅度范围、电压分辨率等关键性指标进行了测试,测试结果均满足设计要求。
关键词：频率计数器;信号调理;模拟通道
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.3 本文的主要研究内容
1.4 本文的章节结构安排
第二章 模拟通道整体方案设计
2.1 模拟通道电路方案设计
2.2 控制电路方案设计
2.3 测量和触发电路方案设计
2.4 模拟通道整体结构框架设计
2.5 本章小结
第三章 模拟通道具体设计与实现
3.1 输入阻抗匹配电路设计
3.2 衰减电路设计
3.2.1 50Ω衰减电路设计
3.2.2 1MΩ衰减电路设计
3.3 信号补偿偏置电路设计
3.3.1 信号补偿电路原理
3.3.2 信号补偿偏置电路方案设计
3.3.3 器件选型及静态参数确定
3.3.4 信号补偿偏置电路仿真
3.4 带宽限制电路设计
3.5 输出缓冲级电路设计
3.6 模拟通道整形触发电路设计
3.7 FPGA选型及分频器电路设计
3.8 电源电路设计
3.9 本章小结
第四章 模拟通道逻辑电路设计
4.1 逻辑电路总体方案设计
4.2 模拟通道继电器控制逻辑设计
4.3 触发电平控制逻辑设计
4.4 信号参数测量逻辑设计
4.5 本章小结
第五章 模拟通道调试与验证
5.1 硬件电路检查
5.2 调试平台搭建
5.3 模拟通道功能和指标测试
5.3.1 通道控制测试
5.3.2 输入信号幅度测试
5.3.3 通道带宽测试
5.3.4 输入阻抗测试
5.3.5 通道定时差测试
5.3.6 带宽限制功能测试
5.4 触发电平调试
5.4.1 触发电平输出测试
5.4.2 信号参数测量测试
5.5 本章小结
第六章 总结和展望
致谢
参考文献