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1、桂林航天工业学院毕业设计（论文）题 目 简易频率特性测试仪 电子工程系应用电子技术专业应电二班指导教师 陈锡华 学生姓名：覃胜 学号：20110820107简易频率特性测试仪 摘要：简易频率特性测试仪是以51单片机为控制核心的一种测量频率的仪器，具有较宽的可测试带宽。电路由正交扫频信号源、被测网络、混频器、低通滤波器、ADC以及液晶显示部分组成。正交扫频信号源AD9854采用DDS技术产生高稳定的频率、相位、幅度可编程调制的正弦和余弦信号。被测网络是一个RLC串联谐振电路，其前后分别添加电压跟随器和电阻网络使其与相邻电路电阻匹配。混频器采用性能高，功耗低的SA602A，将信号源输出的正余弦信号
2、与经过被测网络出来的处理信号进一步处理，产生高频与低频两种信号。低通滤波器采用max274芯片过滤较高频信号，外接元件少，参数调节方便，也具有良好的抗干扰性。ADC选用AD8317外置，提高AD转换性能。整体电路实现了测量较高频率信号的频率测量及幅频特性与相频特性的显示。关键词：DDS技术、中频正交解调原理、RLC振荡电路。Abstract：Simple frequency characteristic tester is a metrical instrument which is operated by 51 single chip computer, It has a wide band
3、width. The circuit is composed of orthogonal frequency sweep signal source, the measured network, mixer, low-pass filter, ADC and liquid crystal display part. Orthogonal frequency sweep signal source AD9854 using DDS technology to produce frequency, phase, amplitude and high stability of the program
4、mable modulation sine and cosine signal. The measured network is a RLC series resonant circuit, a voltage follower and the resistor network to match the adjacent circuit resistance respectively before and after adding the. The mixer uses high performance, low power SA602A, the sine and cosine signal
5、 source output and the processed signal measured network for further processing, to produce high and low frequency signal two. Low pass filter using MAX274 chip filter high frequency signals, less external components, easy to adjust the parameters, and also has good anti-interference performance. AD
6、C use AD8317 external, enhance AD conversion performance. The whole circuit of the display frequency measurement and the amplitude frequency characteristic measurement of high frequency signal and the phase frequency characteristic.Keywords：DDS technology、Quadrature demodulation, RLC oscillating cir
7、cuit.目录摘要-1第1章 设计任务411基本要求412发挥部分4第二章 方案论证52.1信号源的选择52.2放大器的选择52.3混频器的选择62.4阻抗匹配72.5整体电路方案7第三章 理论分析与计算7第四章 测试结果与误差分析9第五章 结论、心得与体会10附录1:11附录2：12 第1章 设计任务 11基本要求（1）频率范围为1MHz40MHz，频率稳定度10-4；频率可设置，最小设置单位100kHz。（2）正交信号相位差误差的绝对值5，幅度平衡误差的绝对值5%。（3）信号电压的峰峰值1V，幅度平坦度5%。（4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进100kHz；要求连续扫频输
8、出，一次扫频时间2s。12发挥部分 （1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。a. 输入阻抗为50，输出阻抗为50；b. 可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值0.5dB，相频测量误差的绝对值5；数据显示的分辨率：电压增益0.1dB，相移0.1。（2）制作一个RLC串联谐振电路作为被测网络，如图2所示，其中Ri和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。a. 要求被测网络通带中心频率为20MHz，误差的绝对值5%；有载品质因数为4，误差的绝对值5%；有载最大电压增益-1dB；b. 扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB
9、带宽，频率数据显示的分辨率为100kHz；c. 扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。 图11 RLC串联谐振电路第二章 方案论证2.1信号源的选择 方案一：采用反馈型LC振荡原理，选择合适的电容、电感就能产生相应的正弦信号。此方案器件比较简单，但是难以达到高精度的程控调节，而且稳定度不高，故不采用。 方案二：采用DDS技术的基本原理。DDS技术是基于 奈奎斯特采样定理，将模拟信号进行采集，经量化后存入存储器中，通过CPLD或者FPGA进行寻址查表输出波形的数据，再经D/A 转换滤波即可恢复原波形。根据 奈奎斯特采样定理知，要使信号能够恢复，必须满足采
10、样频率大于被采样信号最高频率的2倍，否则将产生混叠，经D/A 不能恢复原信号。此方案产生的波形比较稳定，在高频输出时会产生失真，而且电路比较复杂，故不采用。 方案三：直接采用DDS集成芯片。AD9854具有高达300MHz的系统时钟，通过并行总线将数据写入程序寄存器，内含可编程DDS 系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成。由于DDS集成芯片能达到要求，而且程控调节能够方便实现，本设计采用方案三，作为1M40MHz正弦信号发生。2.2放大器的选择 方案一：由普通运放芯片搭建的运算放大器。这种方式计算简单，由电阻比值控制电压放大倍数。但缺点是工作频率范围为低频小信号，频率过高波形产生失
11、真。故不采用。 图21 运算放大电路 方案二：采用美信公司的max2650。这种芯片内部偏置，可在高频下工作并有较高的固定增益，除此之外工作电路外围元器件少，不需要连接电阻。基于以上方面的考虑，选择max2650。2.3混频器的选择 方案一：搭建混频电路。混频电路可分为模拟相乘混频器、二极管环形混频器、三极管混频器。 图22 模拟相乘混频器 图23 二极管环形混频器图24 三极管混频器 变频器的失真有频率失真和非线性失真。除此之外,还会产生各种非线性干扰,如组合频率、交叉调制和互相调制等干扰。自己动手搭建的电路不易完成精确条件，调试电路中比较费时费力。所以不选择此方案。 方案二：采用SA602
12、A，是一个低功耗甚高频单片双平衡混频器输入放大器，频率特性好,而且变频器工作在非线性不太严重的区域,使之既能完成频率变换,又能抑制各种干扰。结合种种优点，选择使用SA602A作为混频器。2.4阻抗匹配 方案一：计算前一级的输出阻抗和后一级的输入阻抗，计算应该增加的元件参数，把电容或电感与负载串联起来，即可增加或减少负载的阻抗值。这种方法计算麻烦，容易算错，所以不选择这种匹配。 方案二：在两极之间接入电压跟随器。由于电压跟随器的输出电压基本上等于输入电压，所以可以看成不改变信号值。而电压跟随器的输入电阻可以看成无限大，输出电阻可以看成无穷小，所以可以自动完成电阻匹配。选择这种方案。2.5整体电路
13、方案 由以上各部分的讨论与选择，结合题中所给的框图，我们将简易频率特性测试仪的框图画在下面。 图25 整体框图第三章 理论分析与计算1.AD9854内部包括一个具有48位相位累加器、一个可编程时钟倍频器、一个反sinc滤波器、两个12位300MHz DAC，一个高速模拟比较器以及接口逻辑电路。其主要性能特点如下：高达300MHz的系统时钟；能输出一般调制信号，FSK，BPSK，PSK，CHIRP，AM等；100MHz时具有80dB的信噪比；内部有4*到20*的可编程时钟倍频器；两个48位频率控制字寄存器，能够实现很高的频率分辨率。两个14位相位偏置寄存器，提供初始相位设置。带有100MHz的8
14、位并行数据传输口或10MHz的串行数据传输口。用51单片机控制AD9854，由AD9854产生正交的两路信号由于频率范围在1MHz-40MHz,频率越高输出的信号幅度将会越小，所以我们利用AD9854芯片自身的功能，通过编写程序将不同频率段的幅度都限制到500mV以下。AD9854的模块电路如下图： 图7 AD9854原理图2.信号由AD9854输出，幅度小于500mV，于是在DDS后面接一级放大，使其峰峰值1V，此时用到的放大器为美信公司的max2650低功耗低噪声甲类放大器，它的增益固定，不需要外围电路过多扩展，降低了噪声的引入途径和调试的难度。max2650用于从直流至900MHz，它有一个平坦的增益响应。单+5 V供电。MAX2650的低噪声系数（噪声系数3.9dB）和高驱动能力（输入、输出阻抗50），使它非常适合用于各种传输接收、缓冲应用。该器件采用内部偏置，省去了外部偏置电阻或电感器。典型的应用，唯一需要的外部元件就是输入输出隔离电容。输入输出
