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简易频率特性测试仪

本作品是基于零中频正交解调原理的简易频率特性测试仪,用于测试网络的幅频特性和相频特性。

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团队介绍

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团队成员

薛海瑞 学生

项目简介
本作品是基于零中频正交解调原理的简易频率特性测试仪,用于测试网络的幅频特性和相频特性。
硬件说明

总体框图

    系统总体框图如图1所示。采用DDS芯片AD9854及STM32单片机作为控制单元产生扫频信号,辅以按键控制实现1MHz-40MHz,最小步进100KHz范围内的连续扫频输出和点频测量。RLC串联谐振电路用作被测网络。经AD835乘法器和低通滤波器得到同相分量和正交分量的直流信号,ADC转换送入单片机,在单片机内进行数据处理,计算得到相位和幅度,通过液晶显示幅频特性和相频特性曲线。

  框图.png

 

                整体系统框图



1. 正交信号源设计

正交信号源选择了DDS芯片AD9854,具体实现电路见图2。对AD9854进行编程控制,使之输出两路幅度相同并且正交的信号,然后对输出信号进行滤波,使得正弦波变得更加平滑,滤波之后再把输出峰峰值为512mV的信号放大2倍到1.24V。

  AD9854G.png

 

                   2 AD9854电路图

2.乘法器电路设计

题目要求输入信号的频率为1MHz40MHz,因此选用的乘法器带宽必须大于40MHzADI公司的AD835乘法器,其带宽为250MHz,满足题目要求。其输出信号表达式为W=X*Y+ZZ为直流电压,用于系统调零。通过调节R4的阻值可使乘法器得到0-2.5V的偏置电压。其原理图如图3所示。

    AD835.png

3乘法器电路

 

3 .滤波器及放大器设计

经乘法器输出的信号如式(11.png

32.png所示,需设计低通滤波器,滤除高频分量,留下直流分量。据式(1)、(3)分析,滤波器截止频率低于1MHz即可,但考虑到电路会不可避免地产生其他频率干扰,因此低通滤波器的截止频率越小,滤波效果越好,测量精度越高。此外,由于STM32自带ADC只能采集正电平,因此需再加一级加有共模电压的放大器。电路如图4所示。

   THS4551.png

                        4滤波放大电路

4. ADC设计

 IQ通道平衡对测量仪的精度至关重要,为保证正交平衡,DDS后的放大和滤波电路保证完全相同的电路,参数元件一致,PCB走线一致,由于扫频时间2S,步进为100K,整个频率范围内需要391个频点,对采用速率要求不高,我们选用STM32的片内AD,使用能够轻松达到12bit的精度,满足系统幅度0.5dB波动的测量要求。

5.被测网络设计

被测网络采用RLC串联谐振电路,电路图如图5所示。

RLC.jpg

                      

                         5 RLC串联谐振电路

中心频率:

               QQ图片20170227105431.png                                 7

有载品质因数:

              QQ图片20170227105444.png                    8

其中为中心角频率,为环路总电阻。

回路带宽:

               QQ图片20170227105447.png                 9

按要求被测网络中心频率20MHz,有载品质因数4。取电容C=18pF,为满足中心频率为20MHz,将f0C代入(7)式,计算得L=3.52uH

Qr=4C=18pF代入式(8),计算得r=Ro+Ri+R=110Ω,故R=10Ω。

 

软件说明

程序设计

系统开机后进入初始化状态,初始化后进入功能选择界面,根据不同的按键状态进入相应的工作模式,主程序流程如图6所示。在程序开发时,使用的是keill的MDK5集成开发环境,运行代码及详细注释见附件代码。

  流程图.png

                         程序流程图


   

演示效果

演示效果的图片及视频如下:


IMG_1011g.jpg


IMG_1012g.jpg

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评论区(3 )
  • wcm014: 真厉害

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  • 祥只: 厉害

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