王紅川+張衛(wèi)+胡金華

摘 要：文章設(shè)計并實現(xiàn)了前置放大器的自噪聲（一般為微伏級）測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)能夠自動測量并生成報告。測試系統(tǒng)在無特殊的電磁屏蔽的環(huán)境下就可以完成測量。

關(guān)鍵詞：前放；測試系統(tǒng)；設(shè)計

1 研究背景及意義

前置放大器（以下簡稱前放）是整個接收系統(tǒng)的第一級處理單元，其性能的好壞對信號的后續(xù)處理起到了至關(guān)重要的作用。由于前放的輸入信號極其微弱，故對其自噪聲的大小要求非常高。廠所正常的測量環(huán)境存在地磁和電磁等各種干擾，傳統(tǒng)測量方法一直存在以下問題：

1.1 測量干擾大

前放的自噪聲要求是不大于1μv，而電源干擾、接地干擾，周圍無線通信等電子設(shè)備工作輻射干擾等都有可能在測試的時候通過測試線或地線引入[通常能達到毫伏（mv）級]，造成自噪聲檢測錯誤甚至無法檢測。

1.2 測量工具自身限制

傳統(tǒng)測量工具如示波器自噪聲幅度為2-3mv，遠大于微伏級測試要求。

1.3 測試效率低

本文針對上述問題，設(shè)計并實現(xiàn)一款高精度自動化測試設(shè)備。該設(shè)備采用成熟可靠的測量技術(shù)，操作簡便，不用人工干預即可得到測量結(jié)果，極大地提高測量效率。

2 本文研究內(nèi)容

本文主要研究基于LabVIEW軟件平臺下前放自噪聲自動測試系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，目的是設(shè)計并開發(fā)高精度、高可靠性、自動化的前放測試系統(tǒng)，具體研究內(nèi)容如下：

（1）研究前放自噪聲的測量方法，設(shè)計測試系統(tǒng)方案，確定性能指標；

（2）設(shè)計測試系統(tǒng)硬件和軟件，包括關(guān)鍵器件的選型和專用適配電路的設(shè)計以及軟件界面的設(shè)計等；

（3）研究系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試方法，提高軟硬件工作的穩(wěn)定性和可靠性。

3 測量方法

前放自噪聲技術(shù)要求是在其工作通帶1kHz～9kHz內(nèi)，輸入端短接的情況下，等效噪聲不大于1μV。前放自身雖有10倍放大量，仍然無法直接測量，因此將其輸出信號進行100倍的放大，再進行測量，具體的測試連接如圖1：

需要注意的是，由于測量的信號是小信號，為了減小外界電磁環(huán)境對測量的干擾，需要在三個涉及小信號的器件外進行屏蔽處理，即外加屏蔽盒。

4 技術(shù)指標

自噪聲測量誤差≤15%。

5 總體結(jié)構(gòu)

通過對自動測試技術(shù)的分析，結(jié)合前放測試的特點和需要，并調(diào)研市場現(xiàn)有測試模塊性能，制定了自噪聲測試系統(tǒng)總體設(shè)計方案，本系統(tǒng)擬采用通用化設(shè)計，共由三部分組成，即通用模塊、專用模塊和待測模塊。通用模塊采用市面上可采購的器件，主要實現(xiàn)人機交互、功能實時控制和信號實時采集等功能。專用模塊是通用模塊與待測模塊的適配器。

5.1 人機交互模塊

實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示控制，實現(xiàn)對采集信號的對比、分析等處理，計算相應(yīng)的測量結(jié)果，最后送顯示模塊。

5.2 信號采集模塊

信號采集模塊負責對前放輸出信號的采集，采集后的信號還要經(jīng)過1-9kHz的數(shù)字濾波器濾除帶外噪聲。

5.3 輸出信號適配模塊

由于前放輸出端信號非常小，加入低噪聲寬帶放大器，使輸出信號在1mV以上，達到數(shù)據(jù)采集的要求。

5.4 顯控軟件

顯控臺軟件基于Windows XP操作系統(tǒng)進行開發(fā)，開發(fā)語言為圖形化編程語言LabVIEW，開發(fā)環(huán)境為LabVIEW2014。

5.5 適配裝置主控芯片程序

適配裝置主控芯片的主要功能是接收測試系統(tǒng)主機顯控臺軟件下達的指令并按照指令要求對選通電路作出相應(yīng)的控制動作。

6 硬件實現(xiàn)

測試系統(tǒng)主機硬件均為商業(yè)產(chǎn)成品，適配裝置由15V直流電源、測試控制電路和寬帶后置放大電路組成。供電電源采用EMS 2448電源，該電源具有紋波系數(shù)小，屏蔽效果好等特點。主控芯片采用Atmega 328P AVR單片機，主要完成測試系統(tǒng)主機數(shù)據(jù)的接收、控制后級放大器。后級放大采用OP37G低噪放大器，放大量為60dB。

7 測量程序

8 測量驗證

驗證原理是同時用傳統(tǒng)測量方法和測試系統(tǒng)對前放自噪聲進行測量，計算兩者的誤差。由于無法得知被測前放的真實自噪聲，因此采用多次測量并計算平均值作為測試系統(tǒng)自噪聲測量的參考值。

從圖中可以看出噪聲經(jīng)過濾波后頻域被限制在1kHz-9kHz。傳統(tǒng)的測試方法經(jīng)5次測量計算平均值得到自噪聲結(jié)果為0.832μv，計算誤差結(jié)果為（0.832-0.779）÷0.832=6.3%，滿足技術(shù)指標要求。

9 結(jié)束語

前放測試系統(tǒng)目前已經(jīng)完成，經(jīng)試驗驗證后滿足指標設(shè)計并投入實際應(yīng)用，大大減少了因外界電磁干擾引起的檢測錯誤，檢測效率得到了顯著提高。

參考文獻

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