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智能化頻率特性測試儀係統電路設計規則

傳統特性測試儀掃頻儀的信號源大多采用LC 電路構成的振蕩器 ,大量使用分立元器件來實現各功能 ,顯示部分采用傳統的掃描顯示器 。因此傳統結構的掃頻儀不僅結構複雜 、體積龐大 、價格昂貴 、操作複雜 ,而且由於各元件分散性大 ,參數變化容易受外部環境變化影響 ,精度不高 。目前 ,以Agilent 等為代表的儀器生產廠家提供了多種高性能的頻率特性測試儀 。但其產品主要集中在射頻 、微波等高頻領域 ,中低頻段的產品相對缺乏 。本文基於直接數字頻率合成(DDS)的技術思想 ,采用DSP 和FPGA 架構的現代數字信號處理技術 ,設計了一台低成本 ,高度數字化和智能化的頻率特性測試儀 ,實現了對20 Hz~150 MHz 範圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量和顯示 ,完成了數據存儲回放和傳輸 ,-3 dB 帶寬計算 ,峰值查找等功能 。幅度檢測精度達到1dBm ,相位檢測精度1°的指標 。
ADSP-BF532和FPGA(EP1C3) 是控製與數據存儲處理單元的核心 。DSP 通過PPI 、SPI 和PF 接口與FPGA 進行雙向數據通信 ,實現鍵盤讀取 ,DDS 掃描 ,A/D 采集 ,LCD掃描等功能 ,通過UART 單元與計算機實現數據傳輸和遠程控製 。FPGA 完成了TFT_LCD和VGA 同步顯示時序轉換 、鍵盤掃描 、SPI 通信和信號分配等功能 。另外 ,DSP 通過EBIU單元連接AM29LV800和MT48L32M16特性測試儀分別作為程序與工作狀態存儲器和數據存儲與顯示緩存 。點擊放大圖片
AD9958采用25 MHz 外部時鍾輸入 ,經內部PLL 倍頻後產生500 MHz 內核工作時鍾 。輸出信號為兩路同頻的正弦和餘弦信號 。為避免數字噪聲對信號產生幹擾 ,芯片的3.3 V 數字供電與模擬供電部分需采用型網絡隔離 ,並對模擬地接小電阻到地平麵以隔離幹擾。由於芯片輸出為電流信號 ,需采用51Ω上拉到1.8 V 轉換為電壓信號 ,經LFCN-160集成濾波器濾除高頻噪聲 ,並采用差分運放AD8312抵消共模噪聲 。輸出信號電平範圍為-10~-3dBm.AD9958信號輸出原理所示 。
特性測試儀實現了對20 Hz~150 MHz 範圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量 、數據存儲 、回放 、峰值查找以及-3 dB 測量 ,Q 值查找等計算 。由於大量采用大規模集成電路 ,不僅提高了係統的集成度 ,減小了體積 ,而目提升了儀器的性能和穩定性 。實現了數字化 、智能化 、低成本 。目前儀器已進人生產階段 。