采用FPGA频谱分析仪系统电路设计详解

2015-04-20 09:06:07来源: elecfans
  目前,由于频谱分析仪价格昂贵,高等院校只是少数实验室配有频谱仪。但电子信息类教学,如果没有频谱仪辅助观察,学生只能从书本中抽象理解信号特征,严重影响教学实验效果。针对这种现状提出一种基于FPGA的简易频谱分析仪设计方案,其优点是成本低,性能指标满足教学实验所要求的检测信号范围。

  设计方案

  图1为系统设计总体框图。该系统采用C8051($8.5125)系列单片机中的 C8051($8.5125)F121作为控制器,CvcloneⅢ系列EP3C40F484C8($86.5000)型FPGA为数字信号算法处理单元。系统设计遵循抽样定理,在时域内截取一段适当长度信号,对其信号抽样量化,按照具体的步骤求取信号的频谱,并在LCD上显示信号的频谱,同时提供友好的人机会话功能。该系统最小分辨率为1 Hz,可分析带宽为0~5 MHz的各种信号。

  

  由于单片机C8051($8.5125) F121内部集成A/D转换器,能够有效测量自动增益控制AGC压差,计算出对输入信号的放大倍数;另外,该单片机内置高速控制内核和丰富的存储器,使其能够控制整个系统;EP3C40F484C8($86.5000)型FPGA内置丰富的存储器资源,确保该系统具有足够的空间存储采集的点数,完成离散傅里叶变换、数字滤波器、数字混频等信号处理。

  AGC电路

  输入信号经高速A/D采样,信号幅度必须满足A/D的采样范围,最高为2-3V,因此该系统设计应加AGC电路。AGC电路采用AD603($6.4440)型线性增益放大器。图3为AGC电路。

  

 

  A/D转换电路

  ADS2806($21.5437)是一款12位A/D转换器,其特点为:无杂散信号动态范围(SFDR)为73 dB;信噪比(SNR)为66 dB;具有内部和外部参考时钟;采样速率为32 MS/s。图4为ADS2806($21.5437)的电路。为使A/D转换更稳定,在A/D转换器的电源引脚上增加滤波电容,抑制电源噪声。该电路结构简单,在时钟CLK的驱动下,数据端口实时输出数据,供FPGA读取。

  

  FPGA及外围接口模块

  选用Cyclone($898.9000)Ⅲ系列 EP3C40F484($86.5000)型FPGA,该器件内部有39 600个LE资源,有1 134 000 bit的存储器,同时还有126个乘法器和4个PLL锁相环。由于该器件内部有大量资源,因而可满足其内部实现数字混频、数字滤波、以及FFT运算。FP -GA正常工作时,主要需要的外部接口有:时钟电路、JTAG下载电路、配置器件及下载电路。图5为FPGA的外围接口电路。

  

  该系统能够方便地在LCD上显示信号的频谱结构图。操作简单,便于学生进行操作,有助于实验教学课上学生更直观认识信号频谱结构,从而促进实验课教学。

关键字:FPGA  频谱分析仪  智能硬件

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0420/article_11434.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
FPGA
频谱分析仪
智能硬件

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