文档介绍：简易频谱分析仪
与集成运放参数测试仪
目录
简易频谱分析仪
简易频谱分析仪【作者:尹三正翟勇蔡浩】……………………2
简易频谱分析仪(国防科技大学)……………………………………18
简易频谱分析仪(北京邮电大学)……………………………………31
集成运放参数测试仪
读题指导…………………………………………………… 43
论文(吴浩李忠意范志强)…………………………………… 46
简易频谱分析仪(一)
作者:尹三正翟勇蔡浩
赛前辅导及文稿整理辅导教师:尹仕
摘要:
本设计利用外差原理,以单片机为核心,辅助以FPGA等实现半数字化的频谱分析。系统由4个模块组成:混频模块,信号采集模块,频谱图显示模块,输入波形识别模块。混频模块将输入信号与本振信号进行混频得到中频信号;信号采集模块对中频信号进行检波和AD采样,将采样数据存入单片机;采样数据经单片机处理后送给FPGA,由FPGA利用示波器的XY通道完成频谱图显示;单片机通过对采集到的数据进行分析来判定波形,同时采用等精度测量法测量输入信号中心频率。通过采用一定算法对输入信号进行处理,消除低中频带来的镜像干扰。
关键词: 频谱,扫频,混频,中心频率
Abstract:
Key Words:spectrum, frequency scan, frequency mixture,
the center frequency
一、方案设计和论证
本题目要求采用外差原理实现频谱分析仪,“外差”是变频的意思,因此将输入信号加到混频器上与本振信号混频后,再经过窄带中频滤波器将落入中频带的信号提取出来。通过AD转换器对检波后的中频信号进行采样并存入单片机,单片机对数据进行处理后再通过 FPGA将频谱图显示在示波器上。输入信号整形后可通过FPGA利用等精度法进行测频,由于调频,调相和等幅波的频谱图不一样,通过识别输入信号的频谱特征就可判断是何种波形。。
:系统框图
混频模块:
方案一:选用MC3362搭建混频电路。MC3362是MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路,:
:MC3362典型电路
载频信号从MC3363的2脚输入,,,,经455kHz陶瓷滤波器选频,再经9脚送入MC3363的限幅放大器进行高增益放大。
方案二:用乘法器和带通窄带滤波器搭建混频器:选用AD835作为乘法器,将本振信号和输入信号相乘得到二者频率的和差信号,达到混频的效果,与较常用的乘法器MC1596相比,其两路输入信号幅值可达到,对噪声可形成较强的抑制能力,而MC1596两个输入端允许的最大信号幅值分别为15mV和100mV,信噪比较低。
带通窄带滤波器选用陶瓷滤波器,它的等效品质因数为几百,比LC滤波器要高,对通带外的信号能形成很强的衰减。
论证:方案一只需一块集成芯片即可实现混频和中频输出,但与方案二相比其外围电路过于复杂,而且其混频输出信号没有AD835干净,对输出噪声的抑制能力也较差。因此选择方案二来完成混频输出。
本机振荡器:
输入信号频率范围为1MHz~32MHz,故要求本机振荡器的振荡频率要大于该值一个中频。
方案一:采用LC正弦波振荡器与变容二极管产生本振频率,通过改变变容二极管两端电压,使振荡电路输出频率发生改变。
方案二:采用FPGA实现。将正弦波信号的一个周期的离散样点的幅度数值量存于RAM中,以一定的地址间隔读出,经DA转换器转换输出,再经低通滤波滤除D/A带来的高次谐波,即可获得所需要的波形。
方案三:采用专用DDS集成芯片来产生正弦波。
论证:方案一为传统的振荡器电路形式,组成电路繁琐而且不易实现频率线性步进,而且要实现29M的频率变化范围难以实现;方案二采用FPGA产生正弦波,通过改变地址步进间隔即可实现不同频率输出,但要以较小失真度产生30M正弦信号,比较困难。而采用专用DDS集成电路只需少量外围元件就能构成一个完整的信号源,而且控制方便,因此我们选择方案三。
二、理论分析和参数计算
混频模块
(1)中频的选择:
混频器的输出信号中除了需要的差额信号外,还存在一些谐波频率和组合频率,如果这些组合频率接近中频并落在中频放大器的通频带内,则会形成干扰。
设本振信号频率为,输入信号频率为,中频为,组合频率为,当
时会形成干扰。取,去除不可能存在的情况,得到:
用不同的p,q值带入上式算出相应的值,得表如下:
:组合频率选取参考表
编号
1
2
3
4