基于DDS的信号发生器_吉姆_科勒
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经验交流
基于DDS的信号发生器
作者使用汤姆·奥尔德雷德（Tom Alldread，VA7TA）的NimbleSig III DDS建立了一个通用的片上测试设备。
如果你与喜欢自己动手的业余爱好者探讨什么测试设备是最需要的，可能会得到很多答案，多数人会认为信号发生器是最需要的。对我自己而言，我会把VOM 和示波器放在前面，而把信号发生器放在第三位。
如今，大多数进行实验的爱好者都会采用旧的、剩余的商业设备，这些设备相对其原始价格而言非常便宜且性能优良。我希望在信号发生器上能实现我所需要的功能，但是，信号发生器的价格比我期望的要贵，而且很难符合我的要求。
我所需要的信号发生器的功能包括：1） 良好的频率稳定性；2） 低相位噪声；
3） 频率的准确性为1Hz 或有更好的性能；
4） 精确的输出电平；
5） 内置RF 检波器具有良好的准确性；6） 有用于控制和数据通信的计算机接口；
7） 能够产生扫频信号并显示滤波器的响应。
直接数字合成技术（DDS ）的出现，极大地增加了业余实验者做出与实验室相同质量的、稳定、准确的信号源的可能性。最近，汤姆·奥尔德雷德 （VA 7TA）开发了基于DDS 的模块。它在提供信号发生器功能的基础上，能够满足我所有的要求。此外，它还提供了两个独立的射频输出，大大增强了通用性。
在详细介绍我的设计之前，请允许我先列出DDS 的一些属性，这使得DDS 更适合应用于信号发生器。
1）频率的准确性和精度;2）输出电平精度;
3）调节信号的幅度和频率的能力非常精确。
频率的精度取决于最小的频率步长，这通常要求步长小于1Hz。这些输出频率的绝对精度是由时钟源信号唯一决定的。事实上，输出波形的幅度是由数模转换器决定的，这意味着所能够设置的输出幅度的精确度是由在DDS 电路内部中的D/A 模块的比特位数和该模块的线性度共同决定的。在 《QEX》杂志NS3讨论文章中，汤姆·奥尔德雷德最后讨论了所产生的调幅信号和调频信号的精度。
对于信号源来说，使用DDS 有个缺点，那就是频率的上限是由特定的DDS 电路和它的最高时钟频率决定的。现代商用DDS 集成电路时钟信号的上限频率约为1GHz，这导致最大的抗混叠输出频率约400MHz。NS3
使用500MHz 的时钟信号，因此，其频率上限为200Hz。对于我所做的大多数实验来说，这已经足够了。
另外一个存在的缺点是，在输出的信号中，存在杂散信号，汤姆·奥尔德雷德已经在他的文章中对其进行了讨论过。对于NS3来说，这些杂散信号相对主要的输出信号来说存在至少60dB 的衰减。在接收机中如果使用DDS 作为本地振荡器，这些存在的不足之处将会成为一个问题，然而在信号发生器中，它们通常不会是很重要的问题。本文不会详细地描述电路图，而是讨论设计过程中一些必要的细节。
基本信号发生器
一个通用的基于DDS 的信号发生器的框图如图1所示。时钟决定了电路的稳定性和信号发生器的绝对精度，所以，它的设计是极其重要的。
控制部分提供了人机接口的界面工
作者 / 吉姆·科勒（Jim Koehler, VE5FP ）
编译 / 岳克强
信号发生器的内部结构
DOI:10.16589/https://www.360docs.net/doc/2c14348023.html,11-3571/tn.2012.08.004
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经验交流具，因此从某些方面来说，这是项目设计中最重要的部分。例如，我的工作台空间有限，所以我不需要一个非常大的工具设备，尽管它可能有很多的控制功能。而另一方面，如果限制了旋钮和开关的数量，可能导致仪器使用上的不便。如果您需要按太多的按钮来更改少许的设置，将会很快厌烦这个过程。
由于我所期望的信号发生器需要具有内置功率检测器，同时还必须要记录和显示一些功率参数，我选择使用64×128像素的图形显示面板，这使得我能够以图形的方式来显示信号的精度和其他运行情况。
每秒要刷新图象显示很多次，即使少一些，也需要一定的处理能力，因此控制器运行速度必须是相当快的。选择一个微处理器主要考虑的是软件编程的可行性。很多年前，我开始自己做一些手工配置的第一代8位微处理器的应用，但是现在我想要一个好的编译器和一个好的开发平台及其所有的附加功能。我选择了使用NXP LPC2138或LPC2148，这是因为它们质量可靠、专业，而且价格便宜（甚至免费！），有一些成本非常低的编译开发平台支持它们的编译器（GNU ），如罗利协会的CrossWorks （Rowley Associates Crossworks ）软件包。Rowley 有这个软件包的完整版本并在一个非常合理的价位上提供给非商业用途需要的人。我不是说吝啬的从来不买原厂开发工具，我认为其它一些开发系统工具也一样可以用。
Crossworks 软件包允许使用JTAG 接口进行调试，这样就可以检测内部寄存器，并观察在实际的微处理器上运行的程序中的数据的变化。JTAG 接口也被用来加载程序到微处理器的flash 存储器。这使得设计和调试微处理器固件变的非常方便和简单。
NXP LPC2138/48 是一个ARM7 处理器，内部运行在 60MHz
上，大多数指令的执行为一个时钟周期，32K 字节的RAM 和512K 字节的flash 程序存储器空间，使得可以用更好的编程技术来编写一个程序，而不必因考虑使用了多少内存而受到制约。
这与我曾经使用英特尔8080处理器，采用1K 字节2708的EPROM 编写汇编程序时的情况有着天壤之别。
NS3有两个射频输出，我使用了其中一个电子衰减器。我原本考虑使用高质量专业信号发生器中的手动衰减器，在eBays 上经常可以看到一些价格低廉的有故障的这类信号发生器，其中的输出衰减器质量和性能都非常好。然而我需要一个电子控制的衰减器，因为要能够使用要控制器在几种
操作模式中设置输出电平。此外，由于有电子控制衰减器，你不需要为旋钮和刻度盘留下额外的前面板空间。
现在让我们讨论图1中模块的一些细节。
500MHz时钟模块
NS3中使用的DDS 时钟是由内部500MHz 振荡器提供的，其相位锁定到25MHz 的温补晶振上（TCXO ）。汤姆·奥尔德雷德发现，由于时钟是锁相的，在室温条件下，时钟频率处在一个非常准确、稳定的状态。然而人们认为内部时钟比一个良好的外部时钟会产生更多的相位噪声。我决定使用NS3的外部时钟选项。我用W6PQL
图1 基于DDS 的信号发生器的模块框图
图2 一个用于信号发生器的时钟模块的框图。 MAR8放大器过驱动产生100MHz 的晶振频率的谐波，
产生于500MHz 的参考信号。
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的套件搭建了一个100MHz的巴特勒振荡器。此振荡器采用了高质量的100MHz 谐波晶体，能够提供一个低相位噪声时钟源。整个时钟电路框图，包括NS3的模块如图2所示。
振荡器的输出连接到宽带放大器的输入，该放大器因处于饱和状态而产生100MHz输入信号的谐波，放大器的输出连接到500MHz螺旋腔体滤波器。滤波器输出的信号经过放大以后得到NS3的内部DDS芯片所需要的+7dBm电平的500MHz时钟信号。图3显示了第一代和第二代放大器所使用的电路，根据MiniCircuits MAR 型号的不同，偏置电阻的数值也不同。
500MHz的螺旋腔体滤波器的设计为了保持负载的高Q值，输入和输出采用的是非常松散的耦合电容。由于这种松散的耦合所导致的损耗由第二个放大器进行补偿。
图4显示了安装在铝板上的整个设备。我在逛旧货市场的时候，发现了大量用于射频功率分配器/连接器的铝盒。我使用这些小的外壳来隔离100MHz的晶振和每个放大器。RG-188A/U电缆和SMB连接器用来进行射频信号的连接。在每个箱子上都能看到大型黄铜螺丝头，这些螺丝头正好填补未使用的10-32隔离箱上的螺纹孔 。NS3的电路板和其中的一个铝盒很适合，安装在靠近第二个放大器的边上。
DDS模块
该模块恰好就是NS3。“恰好”这个词仅仅是轻描淡写，因为汤姆·奥尔德雷德已经在使得模拟设备基于AD9958的NS3模块非常简单易用，同时能灵活应用在射频信号源方面已做了大量的工作。他已通过串行逻辑电平接口控制实现了幅度和频率调制以及模块其他的许多的功能。详细的资料你可以在《QEX》杂志上查到。衰减器
我经常出没于无线电爱好者的跳
蚤市场，当我在市场上买到了一个价格
合理的电子控制的衰减器。它们虽然
不常见，但也决不是非常罕见。在过去
的某个时候，我已经收购了一个外观不
错且质量也很好的衰减器。我购买的
这个衰减器可能是某种惠普仪器上的。
它有一个SMA连接器的输入端和N
型连接器的输出端；它的输出端可以
连接到一些仪器的面板。它有5个衰
减段：10dB、20dB和3个40dB。
每一选通端都由连接衰减器旁路电容
的锁存继电器控制。
图5 显示了的信号发生器的各个
部分的电路图。 A是主CPU。B是
UART接口电路。 C显示了连接到前
端面板。 D显示了图形液晶显示模块
和E是外部EEPROM内存。 F是键
盘和解码器的原理图。G显示了端口
扩展部分。
我发现在继电器上+12V接入的
是衰减步长，而–12V则是删除它。
事实上，输入的是SMA型连接器，这
使我考虑到衰减器不仅是为VHF范围
的频率设计的，在波形分析仪上扫描
衰减器的特性波形，发现从4MHz 到
200MHz范围内的波形都是相当平坦
的，波形平坦得接近直流。
我不再讨论衰减器和ARM7控制
器之间的接口设计，因为可能没有其他
人想要复制这个过程。我在面包板上
用跳线实现了这个电路，使用74LS系
列逻辑是由于3.3V逻辑电平控制器的
输出能够驱动5V逻辑。设计这样的逻
辑是为了控制器能控制衰减器的5个
输出信号。三条地址线能够选择衰减
器5段中的任何一个，一条选择配置
方式（即+12或-12V输出），另一条
是选择或者使能这个解码器逻辑。我
发现锁存继电器的电压设置要超过50
毫秒，这样才能可靠地切换衰减器的
输入或输出，所以在地址和配置方式
线设置后，选控线要保持50毫秒的高
电平信号来驱动锁存继电器。
控制器
Olimex采用 NXP LPC2148微
处理器设计完成了一个非常小的控制
器电路板，其零件号是LPC-H2148。
它是所设计的一个较大的电路板的
子板，我认为我不可能以采购的价格
图3 显示了MAR3放大器和MAR8放大器所使用的放大电路的原理图。过驱动放大器使用一个
MAR8产生晶体振荡器的谐波。第二代放大器使用MAR3的设备。
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经验交流买一块这样的电路板。LPC2148与LPC2138是基本相同的，除了它有一个内置的USB 接口。而我没有用打算使用这个USB 接口。
在此子板上我设计了一个主板。主板电路如图5所示，提供了一个键盘编码器和一个10针的排针连接到其他的信号发生器，以及一个20针的连接器连接图形液晶显示模块。在使用NS3的情况下，有SMB 连接器连接到串行逻辑电平的I/O 口，所以我将电路板贴片的SMB 连接器安装在串联连接的主板上。在低通RC 滤波器后有多达8个的前向面板开关。
LPC2138/48有两个异步串型接口，一个用来与NS3通信，另一个通过RS-232电平转换器，连接到后面板上的9针D 型连接器与外部计算机或终端通信。
有些人可能会质疑使用独立的键盘编码器，因为随着微处理器作为控制器，通常采用软件处理来轮询键盘。然而，相比较我所做的工作，本集成电路设计的额外成本并不十分重要，
因此我决定采用软件轮询的方式实现。另一个要考虑的是，键盘编码器将使用无线控制器（四个地址线加一个DATA_AVAILABLE ），而软件轮询需要提供键盘上的8个引脚。
面板的人机界面
系统中的人机交互设计是整个设计中最繁琐和重要的部分。在这里，我们去繁就简，对其进行介绍。我记得在很多年前的工作中，数字程控仪器刚开始出现，我买了一台质量非常好、非常昂贵的信号发生器，可设置的频率步长为1Hz。该信号发生器有一个很好的数字显示面板与清楚的数字表盘。但是，在设置频率时，你需要首先使用一个旋钮（旋转编码器），点亮具体数字；而变亮的数字随着你旋钮的移动而向左右移动。这允许你选择任何特定数字，按住一个按钮开关你可以改变该值，过程与采用旋钮相同。这种控制方法用于设置频率或衰减精度。这似乎是一个非常简洁的方式，因为
这可以节省一些面板空间。但是，在
实际使用中，这会产生令人难以置信的困难！这与观察和收听一台接收机的输出，通过接收通带调整信号发生器一样不可能做到。我发现，我宁愿使用一台旧的，20世纪50年代老式测量公司的80型信号发生器，它有两个旋钮，一个用于频率调谐，一个用于衰减调整。我的工作台也有80型仪器，即使HP 频率计数器等新型仪表出现，我也从没放弃使用80型仪器，虽然它没有非常稳定的频率输出，但是其稳定度已能满足我所要做的大多数事情
的需要。我很少使用昂贵的信号发生器除非是需要超稳定的频率，在其他的工作时间里，这台贵重的仪器都是放置在储藏室的架子上。
这件事情的寓意在于，对于用户来说方便性是极其重要的，具有压倒性的。对于设备而言，最重要的是成为
一个有用的工具。
在本设计中，我决定用键盘来设置频率。图6是一个键盘的特写。如要设置52050100Hz 的频率，你需要按数字键，所按下的数值以大的数字形式显示在图形显示器上。然后按下“Hz”按钮，然后根据你想使用的NS3的两个输出之一，选择“A”或“B”。为了从输出B 端得到50MHz 频率，只需按下“5”“0”，“MH”和“B”。其余的键盘按钮功能是，标志着“STO”的按钮是用来储存所有的信号发生器的设置；频率、衰减精度、模式以及其他都存储在内部的EEPROM 存储器，这样，当你下次打开信号发生器，只需要按下“STO”按钮你就可以得到相同的参数值。
调整旋钮是一个简单的非光学旋转编码器，采用单独设置的步长来改变信号发生器的频率。步长可以设置为任何频率间隔，默认是100Hz。在100Hz 的步长情况下可以通过旋钮调整两个频率，例如，当在测试接收机时你可以使用输出B 作为本地振荡器
图4 用于500MHz 时钟的DDS 模块
螺旋滤波器
NS3
OCXO
驱动放大器
第二放大器
THEORY & EXPERIENCE经验交流
信号，而使用衰减器A的输出作为信号源，两个输出之间的差值会被设置为中频。
旋转编码器有一个附加的开关，可以通过向面板按下旋钮来进行驱动。我用这个按钮设置衰减器。当推入旋钮时，屏幕上显示当前的信号电平，通过旋转旋钮，你可以以1dB的步长来增加或减少这个电平。输出电平采用dBm和V进行显示。
两个按钮开关标记为“菜单”和“设置”。按下“菜单”按钮，你将进入菜
单并显示菜单的各种选项。“设置”开
关和键盘用来改变信号发生器的模式、
改变调制方式、扫描限制等。对于这
些功能不再进行细节的介绍， 重要的是
在用软件操作之前要想通如何做到这
一点。
人们想要做的大多数事情也就包
括了一个数字和一个行动。我自己感觉
的最直观的做事方式是首先输入数字，
然后采取行动。刚才所举的例子，关于
如何设置频率说明了这一点，首先通过
键盘输入频率，然后的按“A”或“B”
按钮就组成了行动。
这似乎是显而易见的，但还存在另
一种理念，你可以首先选择采取行动，
然后输入数字。例如，我可以使用“菜单”
按钮来选择和显示拟采取的行动，如先
“设定频率A” ，然后再采用键盘输入，
得到我想要的行为结果。你选择哪种
理念并不重要，重要的是所有的设置
操作理念是一致的。
图5 A
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经验交流操作模式
有5个通用的操作模式：CW、AM、FM、扫描和XTAL。前三个是显而易见的。开启时，仪器总是在CW 模式，呈现出检测器运行图的图形显示。如果你想从当前工作模式改变为其他任何模式，使用菜单和设置按钮；例如，你选择AM 模式，将被提示设置调幅百分比和频率；默认值将是上次最后储存在EEPROM 存储器（通过“STO”按钮）中的。选择FM 也是相似的操作。
“扫描”模式选项，会提示你设置一个较低的上限频率以及扫描时间。“XTAL ”模式是我用来衡量晶体的参数，我会后面简单讨论这个问题。
显示
图形显示采用了广泛使用的64×128像素模块，很多厂家都提供都相同的模块。这些模块都采用内置的LED 背光照明和KS0108控制器。KS0108控制器可以让你打开、关闭单个像素，并指定地址。编写代码来显示基本的文本和线是非常艰苦的工作，这已经由马丁·托马斯完成了。通过使用马丁·托马斯的程序，我编写了一个“顶层”程序来显示线图，文本框等。在我的实现中，图形的数据采用的是双缓冲。有一个1024字节的缓冲区（8个字节×128列）其中包含实际显示的图像，同时也有一个图形例程被写入相同的输入缓冲区。由一个定时器每40
毫秒触发后台的中断服务程序来比较图像缓冲区输入缓冲区。如果有任何字节的不同，修改图像缓冲区使其与输入缓冲区相同，这一新的变化，同时被输入到显示器本身。因此，图形显示每秒刷新25次。在每个刷新周期中，只有那些需要改变显示的像素才会修改。这是最快的方式来更新显示图形；完全重写，由于KS0108控制器的响应特性，每次实际需要更长的时间。
对于程序而言，双缓冲显示使得可以只写输入缓冲区，而不必考虑时序，因为这些都是由后台的中断程序进行。
扫描程序
该显示器具有128的水平像素，因此每次扫描将有128个频率步长。垂直显示采用dB 的形式，采用对数标尺，所以采用对数形式的水平频率显
示也是合理的。这是很容易实现。唯一需要用来描述扫描特性的参数是上、下限频率和扫描所需的时间。串行接
口的NS3的波特率为115200，所以它需要大约87微秒的时间来发送一个8比特的字符，并以一位作为开始和结束。由于“频率”命令到NS3可能需要多达13个字符（包括最后的回车），所以必须在每个命令中预算1.13毫秒。这就决定了任何扫描的扫描周期的理论下限为144毫秒。
从控制器串行接口输出的信号由中断来缓冲和驱动。这意味着看似程序完成了频率设置，而串行输出刚刚开始，它将消耗另外1.13毫秒来完成传输。只有到那时，NS3才会设置频率。因此，要确保NS3已完成频率的变化，而AD8307的输出已确定。我设置了固定的最小延迟为2毫秒后控制频率
的变化，但在此之前需要抽样检测器的输出电平，因此，最小扫描时间为256毫秒；约每秒扫描4次。我觉得这是可以容忍的。在这个时序中，我并没有包括需要额外的时间来更新显示，
图5 B
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A/D 输出转换成dB，然后更改成相应的像素。因为这些计算只需要几微秒，当定时器运行提供延迟时，显示更新在后台完成而同时串行输出被缓冲，这些操作不会对扫描速度有显著的影响。
NS3内置的检测器对需要多少个体采样值有几个选项。我希望在检测过程中有更多的控制权。相对于NS3有较低的检测基数，所以我选择在一个独立的隔离器中建立独立的检测器并使用控制器（其中一个A/D 输入）来进行电平测量。检测器使用的是普通的AD8307，所以我选择的输出低通滤波器的电容时间常数约为100微秒。
扫描时间是扫描模式所要设置的参数之一。显然，扫描时间不能小于256 毫秒。然而，如果它比256毫秒大，时间需要除以128而且这个时间要加上所分配的样本之间的最小2毫秒。我的定时器日常工作的时间步长是在1毫秒（我可以使用更精细的步长，但没有）。这个结果是扫描时间设定为128毫秒的粗略值。因此，如果你选择了一个500毫秒的扫描时间，最接近的可用时间将是384或512毫秒。在这种情况下，该程序将选择最接近512。
仪器在进行扫描时，在任何时候按SET 按钮将导致其结束正在做的扫描，然后通过RS-232串行端口将扫描频率表和检测到的信号电平值发送出去。完成这个过程后，再向原来一样继续进行扫描。
频率校准
汤姆·奥尔德雷德已经作出频率校准，这对NS3来说相当容易。他已经在固件中建立了一些常规值，这使你可以准确地设置一些输出频率与标准的频率进行比较。所使用的最简单的标准是WWV 。在我的设计中，采用恒温晶体振荡器作为时钟源，我让仪器运行1小时左右以后才做此校准。
图5 C
图5 D
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经验交流衰减器和检测器的校准
NS3的命令设置输出电平的步长仅为0.1dB，但是最低电平可以达到–20dBm ；-10dBm 标称值以下
10dB。这些电平是非常精确的，因为它是由AD9958 内部的DDS 集成电路采用全数字方式产生的。我拥有的衰减器的生产厂家不明，有10dB 的步长。问题是在校准检测器时，如何确定衰减器衰减量的设置。从理论上讲可以做到这一点，其过程如下（我将介绍我的实际做法，在其后将有一个更有效的方式）：衰减器所有段关闭（无衰减），检测器的输出电平测量的结果是在-10dBm 和-20dBm ；这些电
平是由NS3设置的。然后将NS3的输出设置输出为-10dBm，衰减器设置为-10dB 衰减，将此时检测到的电平与NS3设置输出电平设置为–20d
Bm、衰减器关闭时的测量值进行比较，此时任何差异都可以归因于衰减器部分的误差。与此方法相同，现在可以重复这个过程并设置衰减器的步长为
20dB，直到衰减器所有的部分都已校准。一旦知道了你的衰减器所有部分的准确衰减量，就可以进行检测器的校准了。根据AD8307的数据表，输出的绝对校准值对频率稍微敏感，但是对所有的频率来说，响应的斜率是相同的。因此，要仔细的测量任何一个频率的（使用现在的校准衰减器）的响应，通过假设所有的频率具有相同的响应斜率进行精确的相对电平的测量。
为了做整体检测器/衰减器的校准，我在菜单上专门为此增加了一个模
式。衰减器的输出连接到探测器的输入，在此模式下，输出电平以1dB 为步长发生改变，从–10dBm 到 -85d Bm，同时A/D 测量电平的均值，每个电平中超过100个采样点的均值发送到串口。我重复执行这个扫描过程三次，因为在A/D 判决中会有噪声出现。我从我的计算机的主界面上捕获到这
图5 E
图5 F
图5 G
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个结果，并将它写入文件内同时通过一个所谓的“gnuplot”程序来绘制这个响应。Gnuplot 可以运行在Windows 和Linux 操作系统的计算机上，而且它是免费的。图7显示了检测到的电平（伏特）与我的衰减器所设置的输出电平的比较。该图与AD8307资料工作表中所画的图看起来相同，其实它们本来就应该相同。
你可以看到，直线（在对数图中）响应是不错的，最后下降到约-72d Bm。散量由于太小在图中看不到，这部分是由于控制器的10位A/D 转换的粒度和AD8307的响应纹波部分所造成的。
图8显示了相同的绘图的一个截短的版本（输入电平大于-72dBm ），但是存在叠加在直线上的最小均方的最佳拟合。gnuplot 程序有这样的能力，能够产生合适的系数。也就是说，如果我们假设检测到的功率电平为P ，而相关的测量出来的A/D 电平为v，那么这两个值由由一个公式联系：
P=A+Bv （1）
Gnuplot 程序给出了A 和B 的值，产生的是这个方程的最合适的解。
看着这个图，回想一下由NS3内部精确的电平设置的以1dB 为步长从-10dBm 的至-19dBm 的值。从-19d Bm 到-20dBm 的步长是一个10dB 衰减器部分被接入和NS3的输出被重新设置为-10dBm 时的值。如果10dB 衰减器的步长有一个误差，我们
希望从图中看到从-19至20dBm 的间断点。同样，从-29到30dBm 的步长是10dB 衰减器部分切换出，而20dB 衰减器部分插入。任何步长的间断点都归因于10dB 部分与20dB 部分的误差。我的校准程序设置从-10d Bm 到-85dBm 的输出电平。这意味着，衰减器的10，20和第一个40dB 部分都在这个范围内交接。
图8由于精度的原因看不到任何
可观测的间断点，但是存实际的数据，然后可以画出最佳拟合线和实际数据之间的差异。最明显的是在衰减器设置的-49/-50dBm 处。这显示在图9中。正如你可以看到的，图中–19/–20, –29/–30, –39/–40, –49/–50的部分存在间断点，其中最大的是在-49/ - 50步长。从-20到-30的区域看起来也有点高，这是因为在10dB 衰减部分正被加入。如果我假设10dB 的部分的值是10.0dB，20dB 的部分值为20.2dB 和40dB 的部分的值为40.0dB，并再次通过同样的程序（寻找最合适的，然后在图中绘制差异值），我得到图10的所示的结果。在这里，最明显的造成不可避免的误差的原因是AD8307的输出的纹波。我本可以对衰减器的电平做一些更细致的修正，但它可能是不值得这样做。所观测的±0.2dB 散度是由输出衰减器输出设置的准确性和检测器的准确性综合产生的。
我很幸运，有一个精确的衰减器。如果用于校准的衰减器不够精确，则
校正过程会更长和更繁琐。衰减器校准的整体精度是根据NS3所设置的0 到 9dB 的步长。
在我的程序中，为了衡量一个功率电平，我对检测器的输出做了A/D 的变换，然后取平均值以减少噪声的影响。设置这个数值为v，然后检测的功率电平为P,以dBm 为单位由式1给出。
在结束衰减器和检测器的话题时，我要提到的是我没有测量衰减器
图6 是用于控制信号发生器的键盘特写照片
图7 检测器的输出电平（电压）与衰减器程序设置的输出电平
检测器的输出电平
衰减器的输出电平
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经验交流其他两个40dB 部分的衰减情况。例如，在-60dBm 时，输出电平大约只有224μV 。接下来的40dB 衰减器部分将只能用来得到-80dBm，其值约22μV 的。一旦你得到微伏水平或亚微伏水平，衰减器周围的泄露将会影响
在-100dBm 电平时的出现了1dB 误差，也只能对应约0.2μV 的输出电平变化。
晶体参数测量模式
我曾为《QEX》杂志写了篇文章讨论用于测量晶体参数的方法。在这篇文章中，我详细的描述了在与电阻并联连接的一个固定装置中用来测量晶体参数的算法。
阿伦·布鲁（N1AL ）,随后写了一
封信给《QEX》杂志的编辑，指出最小阻抗的频率与晶体的自谐振频率是不相同的，这是因为当晶体安装在电路中以后，由于受到晶体的杂散电容和并联电容的影响，频率已发生改变。这种变化并不是小事 ，因为对于VHF 区域的谐波晶体振荡器来说它可能是几百赫兹的变化，所以需要考虑。
确定此修正量的困难是，它需要相当精确的测量并联与串联谐振晶体
电路的总电容。通常情况下，晶体的并联电容大约是5pF ，测量装置可能会存在一个相同大小的分布电容，从而总的电容值是10pF 左右。图11显示了我的测试设置。理想的情况下，我们想知道这个精度为0.1pF 以确定频率校正精度是否约为1％。
这个主题太复杂，在此就不进行详细讨论，而且这与单独的信号发生器并不真的相关。我一直在做一些并联模式的晶体模型的响应并与实际晶体测得的模型响应相比较。我想我已经发现了一种具有足够精度的确定校正技术，在未来我希望写一篇关于它的文章。
总结
这个信号发生器是实验室级性
能的仪器，我可以设置100kHz 和200MHz 之间精度为1Hz 的任意频率。频率的稳定性是由恒温晶体振荡
图8 该图显示了图7曲线的截短版本（输入电平大于-72dBm ），但在图中叠加了直线上的最小均方的
最佳拟合
图9 计算得到的输出功率和衰减器设置之间的差异。图中有几个明显的间断点。最明显的是在衰减器设置的-49/-50 dBm 处。到输出电压，精确到只是几个百分点，这真的很困难，所以精确校准其他两个40dB 部分真的不是那么重要。此外，观测10，20和第一个40dB 的部分的精度，使我觉得其他两个40dB 的部分很可能已足够精确了，甚至是一个
检测器的输出电平（d B m ）
检测器的A/D值
衰减器设置（dBm）
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经验交流
器决定的，并且在十万分之一的数量级上。由于晶体振荡器的使用年限，它可能会需要一年左右重新校正一次。
功率检测器精确到±0.2分贝，范围是从-10 dBm 到-70 dBm。它是在一个单一的频率下校准的，但对于任何给定的频率，相对功率测量应该保持相同的相对精度。
信号发生器能够扫描任意范围内的频率（0.1～200MHz 仪器内的），信号电平与频率以对数图形方式显示输出。
这是一个非常有用的工具，能够很好的适合用于测量滤波器响应，调谐滤波器，接收机对准等。它也适用于更重要的测量，如那些需要来确定晶体结构参数，并精确地测量晶体滤波
器响应的场合。
图10 该图的结果显示了应用最佳拟合算法的检测器的输出电平与衰减器设置的电平值，纠正衰减器的
不同步长下的衰减值并画出了差异
图11 该图显示了应用信号发生器测量晶振的参数
作者简介
吉姆·凯勒于1952年在他15岁时获得VE5AL呼号。他进入了在加拿大和澳大利亚的大学学习，并成为在萨斯喀彻温大学的物理和工程物理学的教授，并于1996年退休。他和他的妻子退休后移居温哥华岛。他在业余时间还尝试摄影，电子设计，而且通常他会享受美妙的风光和悠闲的生活方式。
※?原文刊登在《QEX》杂志2009年11/12月刊。
衰减器设置（dBm）
Altium 助力SpaceX 突破商业太空飞行障碍
作为太空运输领域的后起之秀，太空探索科技公司自主研发的Dragon 无人太空舱于2012年5月成功返回地球，标志着其成为有史以来第一家向国际空间站运输物品的私营企业。Altium Designer 一体化开发工具全力协助SpaceX 以有限的成本开发能够满足太空技术对质量和可靠性高要求的电路产品。
为确保其火箭始终满足最高质量和可靠性水平的要求，SpaceX 的许多电路板和控制器产品都是在容错原则下进行自主开发。这种复杂而耗时的工程技术可确保所有系统在特定元件失效时仍然保持正常运作。
Altium Designer 无需高昂成本即可构建与数百万美元卫星项目相同质量标准的航空电子系统。Dragon 太空舱的成功发射证实了这一点。Altium 工具开发的电子产品在Dragon 太空舱首次试航、顺利完成载货交接、安全返回地球的过程中发挥了关键作用。