基于FPGA的频率特性测试仪的设计

2013-05-06 16:25:58来源: 电子设计工程
    在电子测量中,经常需要对电路网络的阻抗特性和传输特性进行测量,其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等。用来测量这些特性的仪器称为频率特性测试仪,简称扫频仪。目前市场上频率特性测试仪有模拟式和数字式两种,它们都存在体积大、价格贵、操作复杂的缺点,在实际应用中用户很难接受。本文采用了现场可编程门阵列(FPGA)及外围测量电路设计了一种简易便携式的频率特性测试仪,其性能上能满足大部分系统要求的频率响应特性的测量,具有较高的实用价值。

1 系统总体设计
   
本系统以FPGA以核心,由扫频信号源、测幅电路、测相电路、有效值检测、整形电路、LCD触摸屏等模块构成。系统总体结构框图如图1所示。系统工作时,由扫频信号源输出频率可步进的正弦信号作为被测网络的输入信号,信号经过被测网络一路送到有效值检测电路中进行幅值检测,该幅度值与与扫频信号源输出信号的幅值进行比较,得到该点的幅频响应;另一路信号送到整形电路限幅整形后送至FPGA内部的测相电路进行相位差的测量,将相位差与信号的整个周期进行比较,就可以得到该点的相频响应。

a.JPG



2 系统主要模块设计
2.1 扫频信号源的设计
   
直接数字式频率合成DDS具有相对带宽高,频率转换时间短,频率分辨率高,及输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控的优点,扫频信号源选择采用DDS信号源。实现过程如图2所示,将待产生的正弦波数据存入波形存储器中,在时钟信号fclk的控制下,通过由频率控制字M控制的相位累加器输出相位码,将存储于波形存储器中的波形量化采样数据值读出,经D/A转换成模拟信号,再经低通滤波器滤去除D/A转换带来的小台阶和数字电路产生毛刺,获得高精度、高纯度的正弦信号。

b.JPG


    输出信号的频率可由公式:fout=(fc/k)/2N×M计算得到,通过改变分频比k及相位累加器步长M可以改变出信号的频率。本设计中取fc=32.768 MHz,分频比k=5,相位累加位数N=16.则频率步进最小值为:
    c.JPG
    考虑到DDS的输出存在杂散噪声,信号源最大输出频率选定为1 MHz。
    数模转换采用TI公司的8位D/A芯片,其转换周期为100 ns;LPF低通滤波器采用凌特公司的1 MHz/500 kHz五阶连续时间低噪声低通椭圆滤器LTC1560-1,电路连接使其工作在截止频率为1 MHz。电路如图3所示。

e.JPG


2.2 幅频特性测量模块
   
该模块首先对被测网络的输出信号进行峰值检测,检测出来的峰值经A/D转换器量化成数字信号,送入到FPGA内部的测幅电路中完成处理运算得到网络的幅频特性。峰值检测选用LF398构成采样-保持电路,对输入和输出信号进行采样,筛选出峰值并予以保持。A/D转换选用TI公司生产的8位闪速结构数模转换器TLC5510,它采用CMOS工艺制造,可提供最小20 MS/s的采样率。峰值检测及A/D转换电图如图4所示。

f.JPG

[1] [2]

关键字:DDS  正弦信号  频率特性

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0506/article_7272.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
DDS
正弦信号
频率特性

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved