基于PIC32的高性能扫频调谐频谱分析仪设计方案

2014-11-27 11:59:36来源: eefocus

一、引言

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。扫描调谐频谱分析仪基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混频器,可调变的本振信号经混频器与输入信号混频降频后的中频信号(IF)再放大后经AD采样显示。

二、系统设计

系统框图如图1所示,该分析仪主要由DDS模块、混频电路、放大检波电路、频谱输出显示电路、键盘、主控部分等组成。通过PIC32控制AD985l,以产生正弦扫频输出信号,然后经滤波、程控放大得到稳定输出,与经放大处理的被测信号混频,再经放大、滤波、检波后,由ADS830E采集,并送至PIC32处理,最后由液晶显示频谱图和相关信息。

    图1-系统框图

图1-系统框图

1、振荡电路采用DDS器件AD9851,只需少量的外围器件即可构成完整的信号源,且具有转换速度快,分辨率高,换频速度快,频带宽,控制方便,信号稳定等特点。

2、混频电路采用模拟乘法器集成器件AD835,其输入的差分电压不大于2 Vpp,一3 dB带宽,250 MHz,外围电路简单,且调试方便。

3、滤波电路采用专用滤波器MAX274,其优点是易于实现。外围电路简单,便于设定滤波器的中心频率、增益、截止频率及带宽,并能根据不同需求设计不同类型、不同阶数的滤波器。由于混频电路分上下混频,若采用上混频,则需高频窄带滤波器,这很难实现。因此这里采用下混频,只需设置一个中频窄带滤波器即可。

4、检波采用集成真有效值变换器件AD637,其测量信号有效值高达7 V,精度为0.5%,且外围电路简单,频带宽。

三、理论分析与计算

1 带通滤波器中心频率选择

从频谱分辨率的角度看.中频带通滤波器的通带宽度越小越好,但因其输入为扫频信号,为了保证输出具有一定强度,窄带宽就要求低扫频速率,而低扫频速率在大范围扫频时就需较长的扫频时间,从而影响仪器的数据输出率。按照要求分率为1 kHz。所以选定窄带滤波器的带宽为500 Hz,中心频率为100KHz,但考虑到MAX274设计滤波器的难度,将中心频率调至70 kHz。

2 波形识别与中心频率判断

等幅波形频率比较单一,其频谱也较简单,只有一条频谱线。如果调制信号为单音余弦波f(t)=cos(ωt),则AM调幅波的表达式为:

式中:ma为调制指数;VCM为载波振幅。

单音调频信号的频谱相对复杂,可设调制信号频率为fΩ;调制频偏为△f,则信号带宽近似为2△f;谱线间间隔为调制信号频率fΩ,而各个谱线的高度则由贝塞尔函数得到。△f反映调频波所占带宽,△f越大,占用的带宽也越大,但每根谱线的间隔是不变的。

根据不同波形的频谱特征进行识别,在得到一个最大幅值和对应的频率后,再在剩下的点中找出第2个最大值A2和对应频率f2,然后判断(f1+f2)/2对应点的幅值,若较大,则为调频波,(f1+f2)/2即为它的中心频率;若很小,则是调幅波或等幅波,f1则为中心频率。由于调幅波带宽为20kHz,只需判断(f1-20)或(f1+20)的点值,若很小,为等幅波,否则是调幅波。

[1] [2]

关键字:PIC32  频谱分析仪  扫频调谐  带通滤波器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1127/article_10195.html
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