关于调频电流源技术的研究

　　调频电流源是一种频率可以改变的电流源，ARM控制DDS输出一个频率以及幅度可调的正弦电压信号，DDS输出信号再经过滤波以及V/I 转换得到一个正弦电流信号，其电流幅度输出范围为0~20 mA，频率范围为0~1 MHz。详细讲述了该调频电流源实现的重要技术以及相应的公式推导。对所设计的调频电流源电路的性能进行了仿真，仿真结果表明，其输出频率0~1 MHz。幅度0~20 mA内可调，符合设计的要求。该电路精度高，稳定性好。

　　0 引言

　　调频电流源作为电流源的一种，需为负载提供稳定的电流的仪器，目前市场上，频率可调的电流源较少，多为频率固定的恒流源，在一些测量里，需要用到频率可调的电流源，例如测量人体阻抗网络，就需要用到频率可调的电流源。传统的电流源电路多采用模拟电路来实现，输出的频率稳定度和精度等指标都不高。现在数字化发展越来越快，DDS技术的应用越来越广泛。应用DDS技术能够产生频率快速转换。分辨率高。相位可控的信号。这在电子测量。雷达系统。调频通信等领域具有十分重要的作用。本文采用DDS 技术产生一个频率可调的正弦信号来实现调频电流源的设计，它可以实现0~1 MHz信号的输出，通过信号放大电路。滤波电路。电压-电流电路来实现交流电流的输出，提高了调频电流源的精度和稳定度。

　　1 调频电流源系统的设计

　　调频电流源的原理框图如图1所示，由信号源产生一个正弦的交流信号，经过电压-电流转换得到一个交流的电流信号，经过反馈控制保证电流信号的稳定度。

　　该调频电流源系统设计如图2所示。由原理图可知整个调频电流源包括ARM 控制DDS正弦波产生电路。信号放大电路。低通滤波电路和电压-电流转换电路。

　　电路工作原理：通过键盘输入需要调频电流源需要输出的电流值大小以及频率值，由ARM 写控制字到DDS，由DDS输出相应的正弦信号，若需要输出为直流，则不需要产生相应的正弦信号，正弦信号通过信号放大电路得到一个较大幅度的正弦信号，该信号通过低通滤波器，输出电压-电流转换电路，得到相应的电流信号。

　　为了维持输出电流信号的稳定度，将输出信号经过取样电阻以及峰值检波电路反馈到ARM 控制器，通过A/D采样，读取输出信号的最大值，由ARM 进行反馈调节，从来保证了信号的稳定度。其中低通滤波器主要滤除不需要的谐波，减少干扰；RS 232为通信端口。　　1、1 信号源

　　该调频电流源的信号源是由ARM 控制DDS 输出一个正弦信号来实现，其连接如图3 所示。ARM 控制DDS输出一个信号的频率以及幅度可调的正弦信号。

　　DDS的基本结构主要包括相位累加器。相位寄存器和波形查找表。DDS技术的实现依赖于高速数字电路，其工作速度主要受D/A转换器的限制。DDS的基本结构如图4所示。

　　图中：K 为频率控制字；n 为查找表的地址线位数；N 为相位累加器的字长；L 为查找表的数据线位数，即DAC的分辨率；fc为系统参考时钟。DDS系统在参考时钟fc的作用下，相位累加器(由N 位加法器和N 位相位寄存器组成)对频率控制字K 进行线性累加，将结果的高n 位作为查找地址进行相位幅度转换，产生L 位幅度量化值，再由数/模转换器进行转换。相位累加器作为DDS的核心，不断地对频率控制字进行累加，累加器的溢出频率就是输出信号的频率。DDS的输出信号频率为：

　　当K=1时，DDS系统输出频率最小也就是DDS系统的频率分辨率，扫频信号源频率分辨率直接取决于DDS的频率分辨率：

　　DDS输出信号是对周期信号的合成，由奈奎斯特采样定理可知，最大输出频率为：

　　所以K 的取值范围为：