电化学工作站信号发生模块设计与实现

摘要

电化学工作站是现代电化学测试与研究中必备仪器之一,该仪器融合先进电化学测试技术与尖端的现代电子信息技术,能够完成稳定精确的电化学测试,在电池、燃料电池、电镀、生物医药等行业得到广泛应用。
　　本文以项目“电化学工作站”为背景,研究实现了电化学工作站信号发生模块。作为电化学工作站重要组成部分,信号发生模块基于可编程逻辑器件FPGA设计实现波形产生逻辑和波形处理逻辑,并完成信号发生模块模拟通道的电路设计。本文的主要工作包括:
　　1、分析了电化学工作站的工作原理,简单介绍电化学测试方法,从需求出发确定信号发生模块设计要求与指标,最终确定信号发生模块总体方案。从项目指标要求出发,完成对模拟通道电路设计以及器件选型,重点对通道内信号的滤波成形电路展开研究。
　　2、以各类电化学测试方法分析为基础,实现了电化学测试原始波形产生逻辑,并对各类波形进行了仿真验证,其中重点研究了基于DDS技术实现的交流阻抗测试波形。
　　3、针对原始波形存在的杂散及同步问题,相应的对原始波形进行处理。对交流阻抗测试波形杂散来源进行理论分析,为有效抑制杂散,对频谱改善方法进行讨论并给出逻辑实现及仿真验证。由信号发生模块双通道的特殊性,对于双通道同步处理做了讨论与研究,给出同步处理逻辑实现。
　　4、对信号发生模块进行了测试和分析,给出测试结果,最后表明该模块能够达到设计要求,证明方案设计的有效性和实用性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及研究现状

1.2 研究目的及意义

1.3 研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 电化学工作站总体方案及信号发生模块总体设计

2.1 电化学工作站总体方案

2.2 信号发生模块总体设计

2.3 本章小结

第三章 电化学工作站信号发生模块模拟通道设计与实现

3.1 电化学工作站信号发生模块模拟通道总体设计

3.2 成形滤波电路分析与设计实现

3.3 电化学测试信号电位控制电路设计

3.4 电化学测试信号辅助电位偏置电路设计

3.5 方波伏安电路设计与实现

3.6 本章小结

第四章 电化学工作站波形产生逻辑设计与实现

4.1 信号发生模块控制逻辑设计与实现

4.2 波形数据产生逻辑

4.3 数模转换模块设计与实现

4.4 本章小结

第五章 电化学工作站波形处理逻辑设计与实现

5.1 交流阻抗测试波形处理逻辑

5.2 双通道同步处理逻辑设计与实现

5.3 本章小结

第六章 模块测试与验证

6.1 输出波形验证

6.2 输出频率指标验证

6.3 交流阻抗信号源频谱纯度特性测试

6.4 输出幅度指标测试

6.5 方波伏安波形测试

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 存在的不足与改进方法

致谢

参考文献