简易网络测试仪的设计与制作

国芳　夏帅

摘要：应用MAX038设计了频率量程可调、可步进的正弦信号发生电路，通过精密整流电路对电压和电流等模拟量信号进行转换，数字处理器通过对电压和电流信号的采样实现对阻抗值的检测。以LM358为核心的比较电路可将正弦信号转化为便于频率和相位检测的方波信号，选用飞思卡尔的K10单片机作为数字处理器。

关键词：MAX038；精密整流；相位检测

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）34-8298-02

网络测试仪用于检测被测网络的阻抗值和阻抗角，并在数码管或液晶屏上显示。由于测试信号电压低、频率高，传统的电路无法应用于网络测试仪。该文设计的测试仪包括硬件和软件设计两部分。硬件电路包括信号产生电路、精密整流电路、频率和相位检测电路等，软件设计则实现对阻抗值的检测、频率和相位的检测等，并将测试结果显示出来。测试仪的原理图如图1所示。

1信号发生电路

信号发生电路是网络测试仪的输入，为保证网络谐振点检测的精确度，要求输出幅值稳定、宽频率范围的正弦信号。常采用DDS模块或者专用集成函数发生芯片完成，DDS模块使用方便、操作简单，但频率在20-30MHz后谐波越来越大，波形畸变率加大。MAX038是一款美信公司产生多种函数信号的专门器件，可精密地产生三角波、锯齿波、矩形波、正弦波等信号，频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，占空比调节范围宽，波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，能直接输出幅度为2VP－P的电压，价格较DDS模块低。该文采用MAX038产生测试所用的正弦信号，输出频率范围为1～200kHz，并可实现四个量程的自由切换。所设计的电路可实现对输出信号频率的量程选择和步进控制，应用继电器改变接入COSC端的电容值可实现对输出频率的量程控制，而频率的步进控制则通过改变IN端的电压值实现。

2模拟量检测电路

通过对输出电压和电流幅值的检测可实现对网络阻抗值的测量，由于模拟量信号幅值较小但频率较高，常用的模拟量信号检测电路并不适用于此系统。该文采用精密整流电路提高系统模拟量信号检测的精度[1]。由于二极管的伏安特性在小信号时处于截止或特性曲线的弯曲部分，一般利用二极管的单向导电性来组成整流电路，在小信号检波时输出端将得不到原信号（或使原信号失真很大）。如果把二极管置于运算放大器组成的负反馈环路中，就能大大削弱这种影响，提高电路精度，这就是采用精密整流电路提高模拟量检测精度的原理。

3频率与相位检测

电压和电流信号均为高频正弦信号，直接对这些信号进行频率和相位的检测比较复杂，该文给出了一种频率、相位高精度的检测方法。模拟量信号通过图2所示的正弦信号比较电路，将双极性的正弦信号整形为单极性的方波信号[2]，方波信号进入处理器，通过软件实现对频率和相位的高精度检测。

通过检测并记录1s内的方波出现的高电平次数，得到脉冲个数，数字处理器通过检测到的脉冲的个数，完成频率的测量，并将频率值通过数码管显示，完成信号频率的测试。而相位的检测则复杂一些[3]，相位检测的原理如图3所示。

电压（a）通过被测网络前后的电流波形（b）会产生一个相位差，通过对a和b两个波形异或得到波形c，再令c和a相与，最终得到d。d图中高电平部分即所求的相位差，利用数字处理器内部的定时器实现对高电平时间的检测，高电平的时间比上周期即得相位。

4软件设计

网络测试仪的软件设计内容包括模拟量采集、频率和相位检测、量程选择、步进控制、按键扫描及显示输出等部分组成，其中，频率和相位检测是软件设计的核心内容。简易网络测试仪的软件流程框图如图4所示。

5实验分析与结论

表1的测试数据表明，该文设计的简易网络测试仪可以满足对简单无源网络阻抗值、相位的检测。以MAX038为核心的信号发生电路可按照测试电路的要求产生相应频率的正弦信号，精密整流电路提高了阻抗值测量的准确度。频率和相位的检测采用数字方法检测，保证了检测的精度。

参考文献：

[1]黄贤武.传感器实际应用电路设计[M].成都：电子科学大学出版社，1999.

[2]苏文平.新型电子电路应用实例精选[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.

[3]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.