專利名稱：手持式低功耗寬帶dds信號(hào)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，可為用戶提供便攜式寬帶信號(hào)源，屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
DDS是直接數(shù)字式頻率合成器(Direct Digital Synthesizer)的英文縮寫。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。目前市場(chǎng)上DDS信號(hào)源產(chǎn)品種類很多，但是大多無法隨身攜帶使用，在現(xiàn)場(chǎng)沒有供電電源的場(chǎng)合使用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可使用電池供電，且低功耗的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是， 包含
信號(hào)產(chǎn)生及處理部分，
由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分控制輸出至少兩種不同的信號(hào)的信號(hào)輸出部分， 為所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分、信號(hào)輸出部分提供電源的電源管理部分， 在所述信號(hào)源超過一預(yù)設(shè)時(shí)間未接收到輸入指令信號(hào)時(shí)，所述電源管理部分由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分控制切斷供電。所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分包括MCU、DDS電路、幅度控制電路、信號(hào)采集電路、輸入輸出。所述輸入輸出包含作為輸入的可提供輸入指令信號(hào)的鍵盤和作為輸出的液晶顯
7J\ ο所述MCU控制DDS電路產(chǎn)生信號(hào)，并通過幅度控制電路調(diào)節(jié)幅度后，經(jīng)與所述幅度控制電路連接的所述信號(hào)輸出部分中的信號(hào)切換輸出電路選擇輸出，由信號(hào)采集電路采集幅度控制電路的信號(hào)幅度并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)反饋輸入至所述MCU中。所述電源管理部分包括提供電源的可充電的鋰電池，所述鋰電池經(jīng)線性穩(wěn)壓電路與可向后端電路供電或切斷供電的鎖式電路連接。所述鎖式電路的控制信號(hào)輸入端與所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分中的MCU連接，當(dāng)所述鍵盤在一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)未接收到輸入指令信號(hào)時(shí)，由所述MCU控制所述鎖式電路處于截止?fàn)顟B(tài)切斷供電。所述鎖式電路中包含同時(shí)與控制信號(hào)輸入端連接的三極管和比較器，與所述三極管的集電極連接、由所述三極管控制導(dǎo)通的一場(chǎng)效應(yīng)管，由所述比較器輸出端連接控制導(dǎo)通的另一場(chǎng)效應(yīng)管，所述控制信號(hào)輸入端與所述三極管的基極、所述比較器的一輸入端連接，所述控制信號(hào)輸入端輸入一電平時(shí)，與所述三極管連接的場(chǎng)效應(yīng)管和與所述比較器連接的另一場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通或截止。所述鋰電池還與單端初級(jí)電感變換器電路連接。所述單端初級(jí)電感變換器電路中包含電壓反饋網(wǎng)電路，所述電壓反饋網(wǎng)電路由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分中的MCU控制。所述信號(hào)輸出部分包括矩形波輸出電路和可輸出正弦波、三角波調(diào)制信號(hào)的信號(hào)切換輸出，所述電源管理部分中的單端初級(jí)電感變換器電路為所述矩形波輸出電路提供電平。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果
本發(fā)明符合電子產(chǎn)品便攜式要求，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、教育等多種領(lǐng)域，為用戶提供在電池供電環(huán)境下的便攜式低功耗寬帶信號(hào)源，內(nèi)部鎖設(shè)計(jì)的電源管理電路可以在長(zhǎng)時(shí)間不使用信號(hào)源時(shí)自動(dòng)進(jìn)入低功耗或關(guān)閉狀態(tài)。市場(chǎng)上目前尚無可隨身攜帶的信號(hào)源產(chǎn)品，可填補(bǔ)市場(chǎng)空白，滿足用戶的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明中電源管理部分電路示意圖；圖3是本發(fā)明中SEPIC電路電路圖；圖4是本發(fā)明中鎖式電路結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明中SEPIC電路中的電壓反饋網(wǎng)電路；圖6是本發(fā)明中DDS信號(hào)發(fā)生單元；圖7是本發(fā)明中DDS信號(hào)濾波和調(diào)整電路圖；圖8是本發(fā)明中壓控增益放大器和信號(hào)調(diào)整電路9是本發(fā)明中真直流有效值轉(zhuǎn)換電路圖；圖10是本發(fā)明中矩形波輸出電路；圖11本發(fā)明的信號(hào)切換輸出電路；圖12本發(fā)明的信號(hào)切換輸出電路；圖13是本發(fā)明的MCU資源分配圖；圖14是本發(fā)明的程序控制流程圖；圖15是本發(fā)明的信號(hào)源外觀示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本系統(tǒng)是專門為用戶提供在電池供電環(huán)境下的便攜式低功耗寬帶信號(hào)源，可以提供正弦波、方波及三角波、TTL/CM0S電平等信號(hào)的輸出。整個(gè)系統(tǒng)由電源管理部分Ml、信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2和信號(hào)輸出部分M3三部分組成。電源管理部分Ml包括鋰電池1、線性穩(wěn)壓電路3、鎖式電路4、SEPIC電路2即單端初級(jí)電壓變換器電路簡(jiǎn)稱。鋰電池1作為電源與線性穩(wěn)壓電路3連接，同時(shí)與SEPIC電路 2連接，線性穩(wěn)壓電路3與鎖式電路4相連接，利用線性穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)器件提供紋波較小的電源。信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2包括MCU6 (MCU即微處理器)、DDS電路9、幅度控制電路 8、信號(hào)采集電路7、輸入輸出5。本實(shí)施例中輸入輸出可采用鍵盤作輸入、液晶顯示作輸出。 輸入輸出5中液晶顯示器采用目前常用手機(jī)顯示屏，節(jié)能且顯示人性化，可提供夜間背光模式；液晶顯示器也可選取低中檔分辨率的液晶顯示器，可將輸出信號(hào)的類型、頻率及等幅度參數(shù)同時(shí)在液晶顯示屏上顯示。MCU采用效率較高的控制程序以縮減鍵盤中按鍵數(shù)量，減小鍵盤面積。M⑶6負(fù)責(zé)控制DDS電路9、幅度控制電路8、信號(hào)采集電路7、輸入輸出5 ；DDS 電路9產(chǎn)生的信號(hào)通過幅度控制電路8調(diào)節(jié)幅度，信號(hào)采集電路7與幅度控制電路8連接， 負(fù)責(zé)采集信號(hào)幅度并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。信號(hào)輸出部分M3包括矩形波輸出電路11和信號(hào)切換輸出10。矩形波輸出電路 11輸出矩形波也可作為TTL電平或CMOS電平輸出。信號(hào)切換輸出10可輸出正弦波、三角波調(diào)制信號(hào)。電源管理部分Ml為信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2提供電源，信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2中的MCU6為鎖式電路4提供控制信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2中的MCU6控制SEPIC電路2 (即單端初級(jí)電感變換器電路)里的電壓反饋網(wǎng)21。電源管理部分Ml中的SEPIC電路2為矩形波輸出電路11提供電平，同時(shí)為整個(gè)信號(hào)輸出部分M3內(nèi)部器件提供電源。信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2中的MCU控制信號(hào)輸出部分M3中的矩形波輸出電路11和信號(hào)切換輸出電路10，信號(hào)產(chǎn)生及處理部分M2中的幅度控制電路8與信號(hào)輸出部分M3中的信號(hào)切換輸出電路10連接，信號(hào)經(jīng)過幅度控制電路8調(diào)整后再經(jīng)過信號(hào)切換輸出電路10選擇輸出。如圖2、圖3所示，采用兩組、每組2片3. 3V鋰電池提供電源，線性穩(wěn)壓電路3采用穩(wěn)壓性能高的線性穩(wěn)壓器P1、P2產(chǎn)生正負(fù)電源為后級(jí)鎖式電路4供電。SEPIC電路2可使輸入的10V-16V電壓變換為輸出的5V-24V電壓，通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器組成的電壓反饋網(wǎng) 21，可輸出步進(jìn)電平功率。電源鎖式管理由鎖式電路4實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，可由MCU控制電源是否向后級(jí)供電，可設(shè)定休眠模式，當(dāng)信號(hào)源長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)MCU控制切斷電源。若MCU引腳GP^上電平為高，NPN型三極管Q3導(dǎo)通，三極管Q3集電極電平被拉低，三極管Q3集電極與PMOS管Q2 柵極連接，PMOS管Q2柵極為低電平，根據(jù)P溝道MOS管的工作原理，此時(shí)PMOS管Q2導(dǎo)通。 當(dāng)引腳GP^上電平大于(VCC/2)時(shí)，比較器Ul輸出為高電平，比較器Ul輸出端與NMOS管 Q4的柵極連接，根據(jù)N溝道MOS管的工作原理，此時(shí)NMOS管Q4導(dǎo)通。同理，若引腳GP^為低電平，根據(jù)三極管和場(chǎng)效應(yīng)管工作原理，可推出三極管Q3截止，PMOS管Q2和NMOS管Q4 均不導(dǎo)通，此時(shí)便構(gòu)成一電源鎖。因此，通過MCU的一個(gè)引腳輸出的電平高低，可控制鎖式電路處于導(dǎo)通或者不導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間不使用信號(hào)源時(shí)，由MCU引腳控制鎖式電路處于不導(dǎo)通狀態(tài)，切斷向后級(jí)電路供電。SEPIC電路輸出電平VDR由電壓反饋網(wǎng)調(diào)控，電壓反饋網(wǎng)電路如圖5所示，M⑶時(shí)刻采集VDR電平電壓，通過控制數(shù)字電位器RDl與電阻R2的分壓，調(diào)節(jié)輸出電平FB，輸出電平FB作為SEPIC電路控制器的反饋可調(diào)整輸出電平VDR。因此，MCU通過控制數(shù)字電位器 RDl的阻值以改變VDR點(diǎn)的電壓，在此過程中MCU還不斷采集VDR點(diǎn)的電壓，當(dāng)VDR點(diǎn)的電壓為設(shè)定值時(shí)便不再改變數(shù)字電位器RDl的阻值。如圖6和圖7所示，DDS電路9采用專用DDS發(fā)生器芯片輸出產(chǎn)生所需要的方波、三角波、正弦波信號(hào)；輸出信號(hào)通過信號(hào)調(diào)整，并經(jīng)橢圓濾波器濾除高頻噪聲。幅度控制電路8如圖8所示，壓控放大器采用VGA芯片VCA810提供寬帶寬、寬增益調(diào)節(jié)范圍(_40dB至+40dB)，其3腳為增益控制引腳，設(shè)輸入到該引腳的電平為V。，則增益
為G+，..... =ICTz^1，Vc腳輸入電平
范圍為-2V至OV ；采用12bit的TLV5638數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該D/A內(nèi)部自帶基準(zhǔn)電壓、可通過設(shè)置寄存器輸出OV至2. 048V電平，通過減法器即可實(shí)現(xiàn)輸入電平范圍為-2V至OV的高精度增益控制；后級(jí)調(diào)整運(yùn)放采用軌至軌高速運(yùn)算放大器THS4221實(shí)現(xiàn)IOV峰峰值輸出。信號(hào)采集電路7如圖9所示，采用AD8362真有效值轉(zhuǎn)換芯片Ul 1，由于該芯片要求輸入的信號(hào)真直流有效值范圍為ImV至IV，故采取先將信號(hào)衰減10倍，通過真直流轉(zhuǎn)換器再將獲取的直流信號(hào)放大5倍，再由MCU片內(nèi)A/D采集。如圖10所示，矩形波輸出由DDS發(fā)生器芯片產(chǎn)生三角波，通過高速電壓比較器和推挽電路輸出幅度可調(diào)的矩形波，可提供TTL電平或CMOS電平并可做功率輸出。如圖11、圖12所示，信號(hào)輸出電路由專用DDS發(fā)生器芯片產(chǎn)生三角波、正弦波并選擇輸出。如圖13所示，本發(fā)明微處理器MCU6其引腳資源分配如圖所示，采用51系列高性能低功耗微處理器，主要功能是控制信號(hào)波形和頻率的輸出、片內(nèi)ADC信號(hào)采集、控制VGA 器件調(diào)節(jié)放大器增益、掃描鍵盤及控制液晶顯示。 如圖14所示，本發(fā)明的控制流程為，首先MCU初始化，然后不斷掃描鍵盤是否有輸入的信號(hào)，鍵盤掃描到外部輸入信號(hào)后，經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理進(jìn)行處理，并判斷當(dāng)前的信號(hào)源波形、頻率或幅度是否改變，如果不需要改變則返回，繼續(xù)掃描鍵盤輸入信號(hào)，如果需要改變當(dāng)前的信號(hào)源輸出，則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由MCU改變相應(yīng)參數(shù)，調(diào)整波形輸出。如圖15所示，本發(fā)明的外觀簡(jiǎn)約，將信號(hào)源體積縮小為手掌大小，可手持、隨身攜帶。外部設(shè)有液晶屏51、鍵盤52，使用鋰電池1供電，電池為可充電電池，通過充電器接口 101進(jìn)行充電，信號(hào)輸出部分M3設(shè)在頂端，可操作部分僅有液晶屏51、鍵盤52、充電器接口 101及控制開關(guān)機(jī)的開關(guān)。所有器件采用低功耗小封裝器件，可實(shí)現(xiàn)電能高效利用。幅度調(diào)整精度高，可操作性好。具有良好的人機(jī)交互界面，考慮到成本、功耗、顯示效果等因素，在設(shè)計(jì)中輸出設(shè)備采用手機(jī)液晶屏為首選，輸入鍵盤將多項(xiàng)功能集約，減少按鍵數(shù)量，減小體積，操作更方便。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，包含信號(hào)產(chǎn)生及處理部分，由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分控制輸出至少兩種不同的信號(hào)的信號(hào)輸出部分，為所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分、信號(hào)輸出部分提供電源的電源管理部分，在所述信號(hào)源超過一預(yù)設(shè)時(shí)間未接收到輸入指令信號(hào)時(shí)，所述電源管理部分由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分控制切斷供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分包括MCU、DDS電路、幅度控制電路、信號(hào)采集電路、輸入輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述輸入輸出包含作為輸入的可提供輸入指令信號(hào)的鍵盤和作為輸出的液晶顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述MCU控制DDS 電路產(chǎn)生信號(hào)，并通過幅度控制電路調(diào)節(jié)幅度后，經(jīng)與所述幅度控制電路連接的所述信號(hào)輸出部分中的信號(hào)切換輸出電路選擇輸出，由信號(hào)采集電路采集幅度控制電路的信號(hào)幅度并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)反饋輸入至所述MCU中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述電源管理部分包括提供電源的可充電的鋰電池，所述鋰電池經(jīng)線性穩(wěn)壓電路與可向后端電路供電或切斷供電的鎖式電路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述鎖式電路的控制信號(hào)輸入端與所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分中的MCU連接，當(dāng)所述鍵盤在一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)未接收到輸入指令信號(hào)時(shí)，由所述MCU控制所述鎖式電路處于截止?fàn)顟B(tài)切斷供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述鎖式電路中包含同時(shí)與控制信號(hào)輸入端連接的三極管和比較器，與所述三極管的集電極連接、由所述三極管控制導(dǎo)通的一場(chǎng)效應(yīng)管，由所述比較器輸出端連接控制導(dǎo)通的另一場(chǎng)效應(yīng)管，所述控制信號(hào)輸入端與所述三極管的基極、所述比較器的一輸入端連接，所述控制信號(hào)輸入端輸入一電平時(shí)，與所述三極管連接的場(chǎng)效應(yīng)管和與所述比較器連接的另一場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)導(dǎo)通或截止。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述鋰電池還與單端初級(jí)電感變換器電路連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述單端初級(jí)電感變換器電路中包含電壓反饋網(wǎng)電路，所述電壓反饋網(wǎng)電路由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分中的 MCU控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，其特征是，所述信號(hào)輸出部分包括矩形波輸出電路和可輸出正弦波、三角波調(diào)制信號(hào)的信號(hào)切換輸出，所述電源管理部分中的單端初級(jí)電感變換器電路為所述矩形波輸出電路提供電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種手持式低功耗寬帶DDS信號(hào)源，包含信號(hào)產(chǎn)生及處理部分，由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分控制輸出至少兩種不同的信號(hào)的信號(hào)輸出部分，為所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分、信號(hào)輸出部分提供電源的電源管理部分。所述信號(hào)源超過一預(yù)設(shè)時(shí)間未接收到來自鍵盤的輸入指令信號(hào)時(shí)，所述電源管理部分由所述信號(hào)產(chǎn)生及處理部分控制切斷供電。內(nèi)部鎖式電路的電源管理方式，可以在長(zhǎng)時(shí)間不使用信號(hào)源時(shí)自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，為用戶提供在電池供電環(huán)境下的便攜式低功耗寬帶信號(hào)源，可填補(bǔ)市場(chǎng)空白，滿足用戶的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H03L5/00GK102386891SQ201110187009
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者戴燚, 謝友鵬, 郭發(fā)勇, 陳華, 陳秉巖 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)