频率特性测试仪报告.docx

 PAGE \* MERGEFORMAT 8 简易频率特性测试仪 摘要： 本次设计制作的频率特性测试仪主要由正交扫频信号源、被测网络、乘法器、低通滤波和显示等模块组成。通过数字合成器AD9854产生两路正交信号，经过放大器放大后，通过待测RLC网络，输出信号与乘法器AD835相乘，后通过低通滤波器滤出直流分量，经过放大后送入AD。整体电路采用320*240分辨率的屏幕显示，由stm32单片机采集数据绘制相应的特性曲线，本系统具有低成本、人机友好等特点。该设计是一份较好的简易频率特性测试仪方案，可基本达到所有设计要求。 关键字：频率特性测试仪，AD9854，stm32单片机  一、方案论证与比较 1.正交扫频信号源方案比较： 方案一：采用FPGA与DA结合构建DDS部分，通过程序控制频率，由DA输出波形。但是FPGA倍频后无法达到稳定度≤0.0001，且制作复杂，整体成本较高，所以不建议采用本方案。 方案??：采用高速数字合成器AD9854，可以输出I、Q两路合成信号。AD9854允许输出的 HYPERLINK /view/1984054.htm \t _blank 信号频率高达150MHZ, 系统时钟最高可达300M。输出误差和输出失调都很小，符合本次设计要求，所以决定采用此方案。 2.乘法器方案比较： 方案一：利用运放与比较器搭建乘法器电路，整体电路制作复杂，且很难达到高频率的要求，所以不采用此方案。 方案二：利用高速乘法器AD835，其特点是带宽可达250MHz，外围电路简单，制作方便。可达到设计要求，所以决定采用此方案。 3.RLC网络方案比较： 方案一：采用贴片电感进行制作，此方法电感精度有限，需要固定不停更换电容以达到最佳品质因数，费时。所以不采用此方案。 方案二：采用绕线电感进行制作。此方法可以方便地更改电感值，从而快速得到需要的中心频率与品质因数。相比方案一精度更高，更方便，因此采用此方案。 4总体方案设计： 根据如下系统总体框图可看出本系统通过直接数字合成器AD9854产生两路正交信号，经过放大器放大。后因输出时进行了阻抗匹配，所以接两倍跟随器以保证相位一致。跟随器输出信号通过待测RLC网络，再与乘法器AD835相乘，后通过低通滤波器滤出直流分量，经过放大后送入AD，由I2+Q2可得到幅度，同时相角可由arctan?(QI)得到，数据送入单片机进行处理。放大器采用ths3001放大8倍，AD835作为信号乘法器，opa2320作为低通滤波器，op27制作放大器。整体电路采用320*240的屏幕分辨率，由stm32单片机进行驱动。整体电路采用±5V、+3.3V供电。 以下是总体系统框图： 图1系统总体框图 二、理论分析与计算 1.系统整体分析 AD9854产生两类正交信号Acoswt和Asinwt。信号通过通过被测网络输出信号可表示为Bcos(wt+φ)则经过乘法器相乘可得两路信号为: X1t=Acoswt*Bcoswt+φ=12ABcosφ+cos2wt+φ X2t=Asinwt*Bcoswt+φ=12ABsinφ-sin2wt+φ 后通过滤波器滤除高频分量得到x1=12ABcos(φ)和x2=- 12ABsin(φ)后经过直流偏置与放大后输出直流信号y1=k*x1+b，同理另一路输出y2=k*x2+b。经ADC采样后进入单片机。相频响应和幅频响应由输入的两路信号共同参与计算得到： 相频响应：φω=arctan-x2x1=arctan-y2-by1-b=arctan?(y2-bb-y1) 幅频响应：Hω=20log10B12A=20log104x12+x22A2 2.滤波器分析与计算 本次滤波器的设计是需要输出一个带有直流分量的混频信号，设计采用的Butterworth型，其特点是是在通带中具有最平幅度，从通带衰减较慢。设一共需扫描N个点，采取5倍采样频率则中心频率fc=5NTc。由于本设计中扫频步进取100KHz，，所以N=390，Tc=2s,可取fc等于1kHz。利用TI?Filter软件辅助设计，取截止频率30Hz，反馈方式为多重反馈，可设计得到八阶低通滤波器。 3.ADC分析 本题要求频率范围在,测量误差绝对值≤0.5dB。扫频最小步进为100kHz，一次扫频时间≤2s。2s内1-40M、步进100kHz,则数据的变化率为0.05s。考虑到stm32内置ADC可满足2s内391频点的设计要求，因此可以采用此ADC进行设计使用。 4.被测网络RLC分析与计算 本测试网络为LC串联谐振回路，LC部分相当于短路。因为Av=20lgu012us=20lg2RiRi+R0+R≥-1dB,可计算得R≤12.2018Ω，通过仿真定R=3.6Ω。中心频率fo为20MHz，由f0=12πLC与