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智能化頻率特性測試儀系統電路設計規則

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復雜、體積龐大、價格昂貴、操作復雜,而且由于各元件分散性大,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。本文基于直接數字頻率合成(DDS)的技術思想,采用DSP 和FPGA 架構的現代數字信號處理技術,設計了一臺低成本,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 范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) 是控制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制。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 外部時鐘輸入,經內部PLL 倍頻后產生500 MHz 內核工作時鐘。輸出信號為兩路同頻的正弦和余弦信號。為避免數字噪聲對信號產生干擾,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,并對模擬地接小電阻到地平面以隔離干擾。由于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,并采用差分運放AD8312抵消共模噪聲。輸出信號電平范圍為-10~-3dBm.AD9958信號輸出原理所示。
特性測試儀實現了對20 Hz~150 MHz 范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。由于大量采用大規模集成電路,不僅提高了系統的集成度,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。

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