放大電路檢測研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述放大器給電路帶來的非線性是一種無法避免的現(xiàn)象，而放大電路在輸入標(biāo)準(zhǔn)波形后，通過分析信號波形特征，提取特征向量后，可以自動(dòng)、快速地診斷出故障[4]。電路故障的檢測也將通過波形來進(jìn)行判斷。目前在研究放大器非線性效應(yīng)有以下幾個(gè)檢測研究方向，首先是信號通過硬件電路進(jìn)行檢測，從放大電路的輸入輸出電壓電流的角度分析待測電路的輸出失真情況，在待測放大器前后添加檢測電路，分析放大器包含元器件的阻值和壓降等，進(jìn)而判斷待測電路的故障原因；另一種是對模擬信號進(jìn)行數(shù)字信號處理分析，在對失真波形直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后采集數(shù)據(jù)，提取波形數(shù)據(jù)后研究信號失真檢測算法例如傅里葉變換算法[5]進(jìn)而對其檢測。1.1失真信號電路檢測文獻(xiàn)[6]中設(shè)計(jì)了一種放大電路自動(dòng)故障檢測儀，這項(xiàng)設(shè)計(jì)在放大電路輸入1KHz正弦信號時(shí)，用STM32處理器檢測放大器輸出信號的放大情況。通過計(jì)算電壓電流的關(guān)系逐個(gè)檢測對應(yīng)電阻值，并根據(jù)硬件電路的特性繪制響應(yīng)幅頻特性曲線，進(jìn)而鎖定故障點(diǎn)周圍的電阻阻值變化和其中故障產(chǎn)生的原因，相關(guān)系統(tǒng)框圖如1.1。文獻(xiàn)[7]同樣進(jìn)行了放大電路的設(shè)計(jì)，它研究目的是對低噪聲高靈敏度的微弱信號進(jìn)行檢測和放大。介于傳統(tǒng)的小信號檢測設(shè)備中傳感器部分存在易受周圍電磁場干擾問題，該文裝置采用的方案是將兩級信號放大電路用于模數(shù)轉(zhuǎn)換，有效的屏蔽掉噪聲干擾。在系統(tǒng)末端采集信號時(shí)做了進(jìn)一步調(diào)整，選擇了用高階階濾波電路配和放大電路進(jìn)行采集。另外為提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，外加了光耦隔離電路進(jìn)行保護(hù)。本文在設(shè)計(jì)研究放大器的非線性失真時(shí)同樣可以利用三極管放大電路的工作狀態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)生失真波形，并通過二級放大電路實(shí)現(xiàn)不同工作狀態(tài)中不同失真波形的輸出，再通過開關(guān)控制電路，盡量避免環(huán)境噪聲的干擾，但檢測電路自身是帶有一定的誤差干擾，遂在待測放大電路之后僅添加抬升電路用于處理器的數(shù)字信號處理，不采用專門的硬件檢測電路。圖1.1市面上自動(dòng)檢測系統(tǒng)總體框圖對放大器輸出波形進(jìn)行檢測時(shí)需要首先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，對失真波形數(shù)字化處理，文獻(xiàn)[8]一文中需要對放大電路的電流進(jìn)行精準(zhǔn)采集，將檢測電阻、運(yùn)算放大器電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路都集成在一塊芯片上。通過對芯片各個(gè)引腳測量對應(yīng)在電路內(nèi)部進(jìn)行的電流檢測。根據(jù)測量電路需求進(jìn)行電路以及版圖設(shè)計(jì)，在對其進(jìn)行基礎(chǔ)的后端驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出來嵌入芯片的一小部分。之后與逐次逼近寄存器型數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（ADC）進(jìn)行比較，查看電路的放大增益效果。最后通過仿真測量檢測電路，保證這塊完整芯片的測量精度在合適的范圍內(nèi)。這種AD轉(zhuǎn)換電路確實(shí)有更好的集成化，但被檢測的電路有限制，可移植性差，也就只能滿足小部分功能需求，而且嵌入芯片成本略高，本文設(shè)計(jì)中不采用硬件電路實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。1.2失真信號數(shù)字檢測為檢測系統(tǒng)的可移植性，本裝置選擇對失真波形進(jìn)行的信息處理，并且為方便鴻蒙（HarmonyOS）處理器的軟件方面設(shè)計(jì)，在對AD轉(zhuǎn)換部分采用軟件編程設(shè)計(jì)。這里就能體現(xiàn)鴻蒙系統(tǒng)的優(yōu)勢，不同于iOS、Android操作系統(tǒng)，鴻蒙系統(tǒng)是面向全場景式的操作系統(tǒng)[9]，它有三個(gè)明顯的優(yōu)勢特點(diǎn)。首先是微內(nèi)核設(shè)計(jì)，它自身代碼量只有同類型系統(tǒng)代碼量的千分之一。內(nèi)核代碼量少也意味著可受功擊概率降低，安全性提高了。其次內(nèi)部解耦按模塊劃分，代碼量少也是因?yàn)闉檫m應(yīng)不同的硬件，HarmonyOS系統(tǒng)把每一層劃分不同功能，每一個(gè)功能形成幾千個(gè)模塊，每個(gè)模塊的輸入輸出全部用“標(biāo)簽”寫好，按照頭文件說明該模塊適合應(yīng)用相應(yīng)設(shè)備。這些模塊相互獨(dú)立，可以適用不同終端設(shè)備集成開發(fā)環(huán)境，不同終端交互可以直接在環(huán)境中鏈接，跨設(shè)備實(shí)現(xiàn)共享，實(shí)現(xiàn)了一次開發(fā)、多段部署。另外，鴻蒙具備獨(dú)特的統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)框架，統(tǒng)一的傳感算法庫和驅(qū)動(dòng)一起控制各種傳感器外設(shè)，這種統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)架構(gòu)使得開發(fā)過程工作量降低并易于移植和調(diào)試。在本次設(shè)計(jì)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）處理、快速傅里葉變換（FFT）的算法、測試OLED屏幕顯示以及智能屏通信連接等后續(xù)信息處理都是選用鴻蒙操作系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)的，以其模塊化的特點(diǎn)處理起來更為靈活。在這些后續(xù)處理中有一個(gè)十分重要的步驟就是使用FFT檢測失真波形的頻譜特性。通過多年來對FFT算法的分析，這種算法在進(jìn)行系統(tǒng)檢測時(shí)會(huì)存在截?cái)嘈?yīng)和柵欄效應(yīng)。文獻(xiàn)[10]中提到理論上傅里葉變換對象是整個(gè)時(shí)域信號，但實(shí)際應(yīng)用中只對一定長度的信號進(jìn)行變換，傅里葉變換有限長度的信號相當(dāng)于實(shí)際信號傅里葉變換與矩形信號傅里葉變換的卷積，與理論中的傅里葉變換并不相同。這樣FFT基本算法就存在對非整數(shù)次諧波頻譜泄露現(xiàn)象，從而檢測出諧波的幅度、相位和頻率均存在較大誤差，也就沒有辦法較為精確的估計(jì)失真波形相對標(biāo)準(zhǔn)波形的失真程度指標(biāo)（THD）值。文獻(xiàn)[11]中提出了用加窗頻移算法對FFT算法進(jìn)行優(yōu)化，在原來的基礎(chǔ)上對采樣信號通過低通濾波器，來減少諧波的頻譜泄露缺點(diǎn)。再通過頻譜搬移，不斷在頻域上移動(dòng)幅度譜線，使得原離散序列頻譜和同步序列的頻譜譜線重疊。對新得到的序列信號進(jìn)行FFT，進(jìn)而分析出各個(gè)諧波的幅值長度。這種算法確實(shí)一定程度上能抑制譜間頻譜泄露，但是需要構(gòu)造加窗函數(shù)頻譜分析變得復(fù)雜了。文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]中都提出了一個(gè)算法改進(jìn)方向：加速非整數(shù)次諧波處譜線的衰減速度。也就是對進(jìn)行FFT運(yùn)算得到信號譜序列實(shí)施特定的加權(quán)變換，得到一個(gè)新的頻譜序列。這個(gè)頻譜序列能將相鄰的頻譜信息帶到自己的頻譜分量中，減少了頻譜泄露的序列點(diǎn)數(shù)，從而有效提高了FFT算法的準(zhǔn)確度。這種算法只需對譜序列做簡單處理，具有計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，本文的基于FFT的諧波檢測就打算參考這種算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這些任務(wù)都完成之后，本檢測系統(tǒng)較為重要的還有將檢測結(jié)果顯示出來，在顯示屏幕的選擇中，考慮采用擁有獨(dú)立OS核和獨(dú)立的GUI核雙核迪文DGUS智能屏，該屏幕是基于T5LASIC的4.3寸480*800像素點(diǎn)陣的電容觸摸屏。開發(fā)時(shí)支持用戶運(yùn)行C51代碼開發(fā)和DGUSII人機(jī)交互界面開發(fā)，因此相當(dāng)于自帶一個(gè)外置的微處理器。根據(jù)文獻(xiàn)[14]文獻(xiàn)中對迪文屏界面開發(fā)的步驟，在界面配置完成后通過SD卡導(dǎo)入液晶屏中。該文獻(xiàn)通信方式是采用了串口通信協(xié)議約定，由迪文屏發(fā)送，串口調(diào)試助手接收數(shù)據(jù)進(jìn)行電流電壓值的檢測。為了解更多迪文屏與控制器的通信方式，文獻(xiàn)[15]的設(shè)計(jì)需要用迪文屏和微控制器8051連接傳輸一些電路特性，同樣采用了串行通信方式，數(shù)據(jù)一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)次序發(fā)送或接收，節(jié)省引腳資源。該串行口通信用了一個(gè)改進(jìn)方法一定程度上提高了傳輸效率，首先將數(shù)據(jù)存入串口緩存寄存器（SBUF），SBUF會(huì)用接收和發(fā)送寄存器保存數(shù)據(jù)，發(fā)送寄存器和接收寄存器有相同的變量命名和變量地址。雖然通信處理過程中只能單一處理，也就是只能進(jìn)行發(fā)送或只能進(jìn)行接收。但這樣的操作讓8051單片機(jī)使用同樣地址和名字的情況下依然可以處理兩種數(shù)據(jù)，大大節(jié)約了微控制器的地址空間以及寄存器資源，可以考慮該方案進(jìn)行通信處理。這些放大電路檢測方案已經(jīng)發(fā)展成固定的產(chǎn)品模式，而且待測電路信號有甚高頻、有微波頻率，這也是基于這些頻率在實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)更為廣泛，需求更高，但是對于中頻低頻也是有一定的應(yīng)用面的，本裝置將會(huì)主要向這些頻率上靠攏。目前為止，大部分產(chǎn)品已經(jīng)變得智能化，可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)互傳多終端查看故障信息，可測量的指標(biāo)也越來越多，測試準(zhǔn)確度也在大大提高。但這些儀器設(shè)備使用場合還是有些受環(huán)境限制，測量方向也相對局限，開發(fā)成本也是較高，所以設(shè)計(jì)放大電路檢測設(shè)備還是有必要的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)[1]王亞莉,傅延增,張海林,王育民.非線性放大器對OFDM信號的影響[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2002(04):504-509.[2]Zi-WeiZheng.EffectsofPowerAmplifierDistortionandCarrierFrequencyOffsetonthePerformanceofWLANSystem[J].WirelessPersonalCommunications,2011,57(4):575-589.[3]MinaBaghani,AbbasMohammadi,MahdiMajidi.OptimumpowerallocationinOFDMsystemsunderpo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