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科学的发展离不开测量技术的进步。示波器作为一种最基础的科研仪器,其性能指标的提升直接关系到电子科学及其应用领域的发展。示波器校准仪作为校准、测试示波器的主要设备,是保证示波器正常工作的基石。随着5G时代的来临,各应用领域中的电子信号要求频率更高、质量更好,这无疑对示波器提出了更高的要求,同时也要求示波器校准仪能够产生更高质量的校准信号。本课题主要内容是基于示波器校准仪,研究高精度稳幅正弦波信号的产生,为示波器提供带宽测试,幅度校准。本文设计的正弦波模块具有频率范围宽、频率稳定度高、功率平坦度高、谐波噪声低等特点。主要研究内容如下:1.正弦波信号的实现。本文设计的正弦波模块涵盖0.1Hz~4.4GHz的宽频带信号,通过分析指标要求和目前信号产生技术的发展现状,提出高低频分段设计的方案。低频正弦波信号的产生采用直接数字频率合成技术(DDS),高频正弦波信号则通过锁相环(PLL)频率合成方法来实现。2.正弦波信号的幅值调理。示波器校准仪要求正弦波信号幅度调节的动态范围大、分辨率高。为实现信号功率的大范围精确控制,设计高精度压控衰减、固定衰减、功率放大等信号调理电路。为保障器件的稳定性和系统的可靠性设计相应的电流、温度保护电路。3.正弦波信号的稳幅设计。示波器校准仪对正弦波信号的精度和平坦度要求严格,采用直接放大、衰减等幅度调理方法很难达到指标要求。因此本文研究了自动电平控制(ALC)技术,通过耦合、检波和积分运算实现负反馈控制,消除模拟通路中其他因素引入的幅值误差。为进一步提升幅度稳定性进行温度补偿。4.正弦波信号的滤波网络设计。信号在合成和放大的过程中会引入噪声,增大谐波分量,严重影响波形质量。由于信号频带宽,增加了滤波网络设计的复杂度。因此本文采用频率分段设计,并在通路中针对不同滤波需求设计不同的滤波网络,同时优化布局布线和滤波结构,最终达到要求的正弦波纯度指标。经过多次实验测试,本文设计的高精度稳幅正弦波模块的输出频率范围可达0.1Hz~4.4GHz,幅值精度可达±1%,平坦度可达±3%,二次谐波<-40dBc,三次谐波、其他谐波和非谐波<-45dBc,能满足4.4GHz带宽以下的示波器校准。