一种宽输入范围高精度频率计的设计

　　0 引 言

　　频率测量的方法通常是利用沿触发，对方波信号进行脉冲计量，因此它的精度比一般其他物理量的精度要高很多。除了测量频率时需要用到频率测量模块，许多测量型(如测压，测相等)系统都是通过转换电路将所需测量的量转化为频率，从而通过测频来提高精度的。所以，提高频率测量的精度是很有必要的。另外，传统的频率测量利用分立器件比较麻烦，精度又比较低，输入信号要求过高，很不利于高性能场合应用。

　　基于上述原因，在等精度测频法的基础上，这里给出一种基于CPLD的设计方案。同时配备多路程控精密放大来实现更宽范围内的信号测频。这种方案测频精度很高，对输入信号要求比较少，适合于很多需要测频的场合。

　　1 基于CPLD的数字逻辑器件实现

　　复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic DeVice，CPLD)是从PAL和GAL器件发展出来的，其规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围，是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。

　　相对而言，用于测频的数字逻辑器件，如D触发器(74LS74)、与门(74LS04)、计数器(74LS393)等都是单片数字逻辑器件，不仅使用起来连接比较繁琐，而且不利于集成化，很难做到高速、高精度的频率测量。这么多数字器件构成一个系统，数字干扰将是一个很难处理的问题，这对模拟小信号的高精度测频将产生极大的影响。这里使用CPLD时，通过Verilog(硬件描述语言)对逻辑器件进行编程，可以很容易地在CPLD内部生成上述数字逻辑芯片，且性能更加优化。同时为CPLD配置高精度的40 MHz晶振(精度高达10-8)，对系统高精度测频非常有利。又利用CPLD的高速、低噪特性，在处理小幅度模拟信号时，也降低了难度，减少对外围器件的干扰。

　　2 多路程控精密放大整形

　　测频时，输入信号，可以是三角波、正弦波或方波等周期性波形，频率范围为0.1 Hz～10 MHz，幅度在10 mV～5 V之间，处理这样的信号就要折衷考虑。

　　2.1 多路精密程控放大

　　小信号的处理至关重要，它很容易受到外界噪声的影响，会影响到测频的精度。这里经过对高性能的运放选择，选取TI公司生产的OPA637，它是一款Difet型高速精密运放，具有高共模抑制比、极低噪声，处理小信号非常合适。电路处理也要非常注意，运放的电源要经过充分去耦才能获得稳定的效果，而数字电路必须与模拟电路分开走线，分开供电。在处理噪声干扰的地线时，需要用到磁珠隔离等技术，这样小信号放大才有保障。

　　处理不同范围段的信号时，需要得到一个合适的信号处理范围，一路信号放大显然是不够的。需要考虑到采用多路程控放大，这里选择用模拟开关配合峰值检波器进行通道选择，现给出各通道放大倍数选择，如表1所示。