数字扫频仪中衰减电路的设计

　　0 引言

　　数字扫频仪在现代电子教学实验和工业测量中应用广泛，它是一种专门用于测量电子设备中某些电路频率特性的专用仪器。目前，国内已经出现了一些数字频率特性测试仪，通过对市面上现有的主要产品进行使用、测试和研究，发现多数仪器的输出衰减步进值仅能达到1dB，还有一些仪器输入部分没有衰减电路，没有输入衰减电路的仪器在测试较大增益的放大电路时存在明显的缺陷。针对以上这些问题，本文提出了数字扫频仪中衰减电路的设计方法，给出了电路原理图以及计算公式，并验证了方案的有效性和正确性。

　　1 衰减网络的作用

　　由于不同被测网络对其输入信号的功率要求不同，因此利用输出衰减电路可对测试仪输出信号功率进行调节。而为防止被测网络输出信号过大而导致测试仪过载，则需用输入衰减电路对被测信号进行衰减。仪器中的衰减电路还可起到隔离作用，从而减小被测网络与仪器信号源、被测网络与幅度相位检测电路之间的相互影响。

　　扫频仪的原理图如图1所示。DDS扫频信号源产生的扫频信号一路送到幅度相位检测电路作为参考基准，另一路送到输出衰减网络。输出衰减网络可使扫频信号的幅度按0.1 dB步进进行衰减。输出信号经过被测网络，送到测试仪的输入衰减网络，使得被测信号符合幅度相位检测电路的输入要求。幅度相位检测电路对被测网络的输入、输出信号进行模拟鉴相和检波，然后将所得到的关于被测网络频率特性的模拟量经ADC采样转换为数字量。最后，CPU处理幅度相位检测电路中的数据时，还需要把输出衰减以及输入衰减的特性计算在内。因此，衰减电路的性能与精度，直接影响整个频率特性测试仪的测量精度，故衰减电路是在频率特性测试仪中非常重要的一部分。

　　2 步进值为0.1 db的衰减网络

　　采用阻抗匹配型衰减器是最常用的衰减方式，此类衰减器插入损耗低，不影响系统的频率特性，且制作简单，成本较低。但在实际应用中当衰减步进很小时，不容易找到符合要求的电阻。并且由于电阻阻值小，衰减电路精度受电阻阻值误差的影响较大。因此，可采取压控增益放大器实现小步进值的衰减，并与采用阻抗匹配网络实现大步进值衰减的方式相结合。电路结构简单、操作方便，且成本较低。

　　2.1 模拟乘法器

　　采用模拟乘法器AD834和固定增益放大器便可构成压控增益放大器(VCA)。AD834是一款宽频带、四象限、高性能的模拟乘法器。输入输出均为差分方式，由于其输出端的集电极开路差分电流结构，不仅可以有效地抑制由输入端直接耦合到输出端的直通分量，还可以保证电路有很宽的频率响应。其频率响应范围为DC～500 MHz，乘方误差小于5%，且工作稳定，受温度和电源电压的影响小。因此，AD834非常适合应用于扫频仪这种对输出信号有很高要求的系统中。在固定增益放大器之前，模拟乘法器可作为电压可控的衰减器。其电路图如图2所示。