2013年全国大学生电子设计竞赛E题-简易频率特性测试仪.doc

2013年全国大学生电子设计竞赛
简易频率特性测试仪(E题)
【本科组】
2013年9月7日
简易频率特性测试仪
摘要:本系统以STM32控制器为核心,采用DDS芯片AD9854产生稳定的正交信号源,通过正交调制的方式完成对被测网络的幅频和相频特性测量,能够实现对被测网络的点频和线性扫频测量,并采用彩色液晶进行数字化的图形显示。测试结果表明,本设计能够实现在1M~40MHz频率范围内,对被测网络频率特性的测试,正确显示其中心频率和3dB带宽,并且能够任意设置扫频步进和扫频范围,实现频率的粗扫描和精细扫描,,相位精度优于5度。
关键字:正交调制、频率特性、DDS
目录
1方案论证 1
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2理论分析与计算 1
1
DDS参数设计 2
2
ADC设计 2
2
特性曲线显示 3
3电路与程序设计 3
DDS电路设计 3
3
4
4
4测试方案与测试结果 5
5
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5
5
5
5总结 6
参考文献 6
一、方案论证
扫频信号源
题目要求采用零中频正交解调方案完成频率特性测试,需要在1M~40MHz频率范围内产生频率可调的正弦信号。要求在整个频率范围内具有很好的平坦度、稳定度和正交性的扫频信号源的这些指标是整个扫频仪的关键。
方案一:采用可编程器件产生扫频信号
利用可编程器件实现直接数字频率合成(DDS),采用这种纯数字化的方法,产生信号的频率准确,频率分辨率高产生正交信号源,但需要外接DAC和滤波电路,难以在题目要求的频带内做到完全正交。
方案二:采用专用的DDS集成芯片
专用的集成DDS芯片具有外围器件很少,输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控的特点,根据题目要求选用AD公司生产的一款DDS芯片AD9854,它的最高时钟为300MHz,具有相对带宽宽,转换时间极短、频率分辨率高、功耗低等优点。因此,我们选择DDS芯片AD9854来产生1MHZ~40MHZ的正弦波。
特性曲线显示
本题具有点频和扫频曲线显示功能,为能够正确稳定的显示待测网络的频率特性,可以采用模拟和数字方式显示。
方案一:模拟显示
根据示波器显示曲线的原理,采用X-Y方式显示,即在Y轴上加曲线信息,并根据在示波器屏幕上的位置要求,叠加直流电平。同时,X轴加锯齿波扫描,锯齿波的扫描递增速度与Y轴的信息同步,即Y轴每来一信息,X轴锯齿波递增。其好处是不需要进行数字处理。
方案一:数字液晶屏显示
直接采用数字化采用低频的I,Q信号,通过编程完成幅频和相频特性的计算,采用点阵式的图像彩色液晶屏实时显示,可以通过编程完全扫描范围,步进可调的缩放功能,数字化显示中心频率和3dB带宽。我们选择更方便灵活的数字化处理和液晶屏显示点频和扫频显示测量结果。
二、理论分析与计算

系统整体框图如图1所示,由扫频源提供正交的信号源,其中一路经过被测网络,再与乘法器相乘