一种多功能便携式信号源电路及其装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种信号源电路及其装置，尤其涉及一种多功能便携式信号源电路及其装置。


背景技术：

2.信号源是用来产生和发送信号的装置，即信号的源头，现有技术的信号源电路及其装置存在如下缺陷：1.频率带宽范围相对较窄，且带宽范围不连续；2.不具备扫频功能；3.低频段无法接近0hz，高频段最高只有ghz的量级；4.系统控制页面较于复杂，不利于操作；5.体积相对较大，不便于携带。现有技术的上述问题尚未得到有效解决，已经不能满足人们的要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种多功能便携式信号源电路及其装置，针对现有技术存在的种种问题，解决现有技术存在的缺憾。
4.本实用新型提供了下述方案：
5.一种多功能便携式信号源电路，具体包括：
6.单片机，用于对电路所有模块进行控制和数据处理；
7.上位机，用于与单片机通信，使单片机响应上位机的操作指令并且监视系统工作状态；
8.信号产生模块，通过内置的dds模块和压控振荡模块输出信号源，输出任意频率信号和任意扫频频段的信号；
9.按键模块，用于通过按键设置信号通道、频率和功率；
10.显示器，用于显示信号源电路的工作模式和信号源的参数信息，实时监视电源的状态；
11.电源电路，用于负责电池充电或放电，负责所有模块供电。
12.进一步的，所述单片机通过串行外设接口与信号产生模块相连，通过spi协议向信号产生模块中的dds模块和压控振荡模块进行控制。
13.进一步的，所述信号产生模块包括内置的dds模块和压控振荡模块，其中：dds模块用于中低频率的信号输出，通过单片机spi串行总线向寄存器写入频率数据，达到输出频率控制；输出功率控制是通过单片机的dac输出不同幅度电压使信号源输出不同的电压幅度，达到输出功率控制；
14.压控振荡模块用于高频率的信号输出，通过单片机spi串行总线向寄存器写入频率数据，达到输出频率控制；信号输出经过衰减器，通过单片机spi串行总线向寄存器写入衰减倍数，达到输出功率控制。
15.进一步的，所述压控振荡模块包括前级衰减模块和压控振荡信号源模块，所述前级衰减模块和压控振荡信号源模块之间电气连接，所述前级衰减模块用于接收单片机的数
据并写入其内部的寄存器，并输出相应的衰减倍数；
16.所述压控振荡模块用于输出高频段信号，压控振荡模块的输出端为差分输出。
17.进一步的，所述上位机通过app下达指令发送给单片机，控制信号源的信号输出，同时上位机接收单片机指令，监视信号源的工作状态，信号源的工作状态在app端进行显示。
18.进一步的，所述按键模块由6个独立按键组成，分别连接单片机的io口，通过单片机检测io口的电平变化来检测按键是否触发。
19.进一步的，所述电源电路内设置有锂离子电池充电管理芯片，外围电池充放电电路具有电路保护电路，包含过流保护和过压保护。
20.进一步的，所述显示器与单片机的iic接口相连，用于显示gui图形及参数信息。
21.一种多功能便携式信号源装置，其特征在于，所述多功能便携式信号源装置中设置有多功能便携式信号源电路。
22.进一步的，所述装置包括信号源壳体，在信号源壳体前表面中间偏上的位置上设置有显示器，在信号源壳体前表面中间偏下的位置上设置有按键，在信号源壳体的下端设置有电源开关、type-c接口和指示灯，上端有信号源输出接口，用于输出设置的信号频率和功率，以及输出扫频信号。
23.本实用新型与现有技术相比具有以下的优点：
24.本实用新型能够解决信号带宽不连续的问题，具有高带宽且频段连续的特性，能够覆盖所有中低频段的频率，同时支持更高频率的信号输出，具备任意频段扫频功能，支持上位机和按键控制功能，具有便携性和低功耗功能，支持多通道复用输出，并且在操作使用上更加简便。
25.本实用新型具有便携于携带、使用方便、低功耗的特点，主要体现在产品质量轻、体积小；支持内部电池供电，无需外部电源供电，电池可充电；满载功率的情况下能保持很长的续航时间；产品结构设计简单、gui界面显示简洁、独特的6键控制和上位机控制；本实用新型在没有通道使用的情况下会进入待机状态，长时间没操作情况下显示器会进入关闭屏幕，并进入低功耗省电状态，当按下任意键或者上位机命令，处理器和显示器会自动唤醒。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是多功能便携式信号源电路的原理框图。
28.图2是单片机模块的电路原理图。
29.图3是dds模块的电路原理图。
30.图4是压控振荡模块的电路原理图。
31.图5是按键模块的电路原理图。
32.图6是显示器模块的电路原理图。
33.图7是基准时钟的电路原理图。
34.图8是电源电路模块的电路原理图。
35.图9是供电电路及上位机接口的电路原理图。
36.图10是电源稳压电路的电路原理图。
37.图11是多功能便携式信号源装置的产品结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.如图1至图10所示的多功能便携式信号源电路，从电路功能模块的角度看具体包括：
40.单片机，用于对电路所有模块进行控制和数据处理；
41.上位机，用于与单片机通信，使单片机响应上位机的操作指令并且监视系统工作状态；
42.信号产生模块，通过内置的dds模块和压控振荡模块输出信号源，输出任意频率信号和任意扫频频段的信号；
43.按键模块，用于通过按键设置信号频率；
44.显示器，用于显示信号源电路的工作模式和信号源的参数信息，实时监视电源的状态；
45.电源电路，用于负责电池充电或放电，为系统电路所有模块供电。
46.具体的，单片机通过串行外设接口spi与信号产生模块相连，通过spi协议向信号产生模块中的dds模块和压控振荡模块进行控制。
47.在本发明实施例中，单片机模块为系统控制中心，连接所有模块，控制每个模块工作；(1)对于信号产生模块的控制，单片机模块通过spi接口(串行外设接口)分别连接到两个信号发生器模块，即dds信号模块和压控振荡器信号模块。单片机通过spi协议向dds模块和压控振荡模块进行读写数据，进行相关寄存器配置，使其输出相应的频率及幅度信号。dds信号功率控制则是由单片机dac功能模块进行控制，通过数字信号转换成模拟信号，在不同的模拟电压的驱动下，输出信号的幅度会发生改变。压控振荡器则是控制前级衰减器，前级衰减器也是通过spi接口控制，通过使衰减器的衰减增益发生变化，进而控制信号的功率。
48.(2)单片机控制显示器：系统显示部分则是通过iic接口与显示模块连接，通过向显示器写入像素点数据来实现gui的图形界面化。
49.(3)单片机控制按键模块：按键模块是由6个独立按键组成，分别连接单片机的io口，通过单片机检测io口的电平变化来检测按键的出发。
50.(4)单片机与上位机进行通信：单片机的usb接口与type-c接口连接，上位机的通过app下达指令发送给单片机，单片机解读指令后执行相应的命令；另外，上位机可以监视信号源所有状态，所有工作状态都可以在app端显示。
51.(5)单片机控制充电电路：对于充电电路，单片机开启内部adc去采集电池电压和电源电压信号，通过模拟数字转换后得到数字信号，单片机再对数字信号进行处理，进而判断电池的电量，判断电池是否在充电，以及是否插上外部电源。充电电源指示灯标致着电池充电状态，当接插上type-c接口后，电路进入充电状态，led指示灯点亮。
52.(6)单片机进行电源管理：电源功率输出的使能引脚连接单片机的io接口，当单片机拉高使能时，电源将打开功率传输控制，拉低则是关闭电源芯片，系统进入低功耗模式；
53.具体的，信号产生模块包括内置的dds模块和压控振荡模块，其中：dds模块用于中低频率的信号输出，通过单片机spi串行总线向寄存器写入频率数据，达到输出频率控制的目的。输出功率控制是通过单片机的dac输出不同幅度电压使信号源输出不同的电压幅度，达到输出功率控制的目的。
54.压控振荡模块用于高频率的信号输出，通过单片机spi串行总线向寄存器写入频率数据，达到输出频率控制的目的；信号输出经过衰减器，通过单片机spi串行总线向寄存器写入衰减倍数，达到输出功率控制的目的。
55.dds模块用于接收单片机dac的电压信号，并在不同的模块电压的驱动下输出幅度变化的信号源；
56.示例性的，dds信号源模块主要产生中低频信号，信号通过a1输出。功率控制通过dac端口控制，当dac电压发生变化时，输出信号幅度会发生变化。信号源的输出端通过接一个200欧的电阻反馈到输入，实际有效输出负载为200欧。信号的输出频率与外部基准时钟源的频率有关，这里外接一个72mhz的振源。对于信号频率的控制，通过dds模块的spi接口向模块发送寄存器控制命令，发送频率信号参数，则在输出端可输出对应的频率信号。
57.单片机控制前级衰减器，通过衰减器的衰减增益变化控制信号源的功率。
58.具体的，压控振荡模块包括前级衰减模块和压控振荡信号源模块，前级衰减模块和压控振荡信号源模块之间电气连接，前级衰减模块用于接收单片机的数据并写入其内部的寄存器，并输出相应的衰减倍数；在本实施例中，压控振荡模块用于输出高频段信号，压控振荡模块的输出端为差分输出。
59.示例性的，压控振荡电路由两部分组成，hmc624a为前级衰减模块，max2871为压控振荡信号源模块，这里a2为信号输出端。衰减器的衰减倍数由内部寄存器控制，寄存器范围0～63，对应衰减倍数0～31.5db(db表示分贝)，内部寄存器的值对应的就是信号的衰减倍数。因此，单片机通过spi向hmc624a寄存器写入不同的数据，则对应输出衰减倍数就会发生变化。衰减器的倍数反应的是信号的幅度，也可以说是信号的输出功率。由于压控振荡模块为输出高频段信号的模块，因此信号输出端为差分输出。压控振荡器的频率也是通过配置内部不同的寄存器值，进而使其输出对应的频率参数。信号频率与外部基准时钟源有关，这里使用的是40mhz的外部振源。
60.通过本发明实施例可以看出，信号产生模块内置dds模块和压控振荡模块，其中dds部分负责实现中低频的信号输出，压控振荡模块负责输出中频高频信号输出，因此，信号所有频段可以完全被覆盖，可以精准输出任意频率信号和任意扫频频段的信号。用户根据需求直接设置相应的模式，主控器通过用户命令直接控制模块信号输出。
61.具体的，上位机通过app下达指令发送给单片机，控制信号源的信号输出，同时上位机接收单片机指令，监视信号源的工作状态，信号源的工作状态在app端进行显示。
62.具体的，按键模块由6个独立按键组成，分别连接单片机的io口，通过单片机检测io口的电平变化来检测按键是否触发。
63.示例性的，6个按键模块通过单片机的6个io口连接，并同时通过上拉电阻进行上拉，使按键电平稳定不受噪声干扰。6个独立按键分别对应各自的功能，六个按键对应功能分别为模式键、确定键、上键、下键、左键、右键。当要设置信号频率时，可以按下模式键，液晶显示器会显示所有模式菜单栏，然后通过其他键来配置所需要的模式和参数，并按下确定键就可以使信号源工作。六路按键采用单片机的中断优先级进行触发，触发优先级为模式键》确定键》上键》下键》左键》右键。
64.具体的，在电路中还包括基准时钟电路，基准时钟电路分别为72mhz和40mhz，通过外围电路使晶振产生振荡，从而输出振源的谐振频率。
65.具体的，电源电路内设置有电池充电电路和锂离子电池充电管理芯片，电池充电电路负责电池充电与电池放电功能，外围电池充放电电路具有电路保护电路，包含过流保护和过压保护。j4为电源开关，j5为电池正负极接口。当电路进行充电，vbus电压通过pw4054芯片向电池进行充电，与此同时vbus还向d2二极管输送电压，再经过开关向整个电路供电。
66.具体的，本发明还包括显示器模块，显示器模块用于显示信号源电路的工作模式和信号源的参数信息，实时监视电源的状态。示例性的，显示器与单片机的iic接口相连，用于显示gui图形及参数信息。
67.本发明实施例中还设置有供电电路，供电电路及上位机接口的电路关系：type-c接口通过usb连接单片机，同时向整个系统输送电能，电路为单电源供电，供电电压范围3.3～6v。pc(上位机)与单片机进行通信时，通过usb数据端口传输数据，rx，tx分别为usb接口的接收和发送。
68.本发明实施例中还包括电源稳压电路，电源稳压电路输出3.3v，为整个系统供电，系统供电为单电源供电模式。电源模块的输入电压可以是来自电池电压或外部type-c输入的电压，输出电压幅度由r34、r37控制，通过配置r34和r37的阻值可以改变输出电压的幅值。
69.本发明还公开了一种多功能便携式信号源装置，在该装置中设置有多功能便携式信号源电路。
70.具体的，多功能便携式信号源装置包括信号源壳体，在信号源壳体前表面中间偏上的位置上设置有显示器，在信号源壳体前表面中间偏下的位置上设置有按键，在信号源壳体的下端设置有电源开关、type-c接口和指示灯，上端有信号源输出接口，信源源输出接口用于输出设置的信号频率和功率，以及输出扫频信号。
71.示例性的，本发明实施例公开了一种多功能便携式信号源装置的具体结构，包括：信号源1、显示器2、按键3、电源开关4、type-c接口5、指示灯6、信号输出接口7；
72.信号源1可以输出任意频率信号，同时具有任意频段的扫频功能。信号在低频段可输出接近0hz的频率，在高频段至少ghz的量级以上。
73.显示器2为系统显示部分，包括菜单栏界面，主要包括主菜单界面、菜单模式界面，信号通道配置界面、功率配置界面、频率配置界面、信号波形界面、电池电量图标等；
74.按键3具有6个独立按键，不同的按键其功能不同。分别模式键、确定键、上键、下
键、左键、右键。用户根据需求操作6个按键，可以设置信号频率、功率，扫频模式、扫频频段、扫频功率，液晶菜单栏显示界面切换，以及信号参数值的改变等。
75.电源开关4控制信号源电源供电；信号源的开或关状态；电池充电；电池放电；外部电源供电；
76.type-c接口5负责与上位机usb的通信、电源外部供电、以及电池充电；
77.指示灯6监视系统供电及充电状态；
78.信号输出接口7输出设置的信号频率和功率，以及输出扫频信号。
79.综上所述，本发明实施例公开的多功能便携式信号源电路及其装置具有如下特点：
80.便于携带：主要体现在产品质量轻、体积小；支持内部电池供电，无需外部电源供电，电池可充电；满载功率的情况下能保持很长的续航时间；
81.使用方便：主要体现在产品结构设计简单、gui界面显示简洁、独特的6键控制和上位机控制；
82.低功耗：在没有通道使用的情况下会进入待机状态，长时间没操作情况下显示器会进入关闭屏幕，并进入低功耗省电状态，当按下任意键或者上位机命令，处理器和显示器会自动唤醒；
83.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
84.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
85.本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括相应的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括相应的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
86.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
87.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实
现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
88.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
89.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
90.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。