频谱分析仪技术支持详解

文章来源：深圳正弦波测试技术有限公司 公司网址：http://www.szzxb.com/ 频谱分析仪技术支持详解 本系统采用外差原理设计：通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的 值，再配合放大，检波电路收集采样值，最后送示波器显示频谱。测量频率范围 覆盖1MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别 调幅，调频和等幅波信号。 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 一：扫频法。这种频谱分析仪采用外差原理，由本机振荡器产生一定步进 频率的信号与输入信号相乘，然后由适当的滤波器将差频分量滤出以代表相应频 点的幅度。本机振荡信号可以达到很宽的频率，与外部混频器配合，可扩展到很 高频率。 方案二：FFT 法。这种频谱分析仪采用数字方法 直接由模拟/数字转换器(ADC) 对输入信号取样,再经 FFT 处理后获得频谱分布图。它的频率范围受到 ADC 采集 速率和 FFT 运算速度的限制。为获得良好 的仪器线性度和高分辨率，ADC 的取 样率最少等于输入信号最高频率的两倍。FFT 运算时间与取样点数成对数关系， 频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运 算时，要选用高速的 FFT 硬件，或 者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。 方案三：分段 FFT。这种方法将输入信号分段，逐段进行 FFT 的处理，这样分段 取样降低了对 ADC 和 FFT 硬件的速度要求，又可以在相对窄的频段内得到更高的 频谱分辨率。 根据实际条件和成本上的考虑，在满足题目要求的前提下，我们选择方案一实现 频谱分析仪。 二、详细软硬件设计 根据题目要求，系统总体设计框图如图2.1，硬件连接图如图2.2。 图2.1 系统总体设计框图 图2.2 系统硬件连接图 1、硬件设计 （1） 单片机最小系统 如图2.1，本系统选用 SPCE061A 单片机作为主控制器，进行信号处理和控制人机 交互。SPCE061A 是一款16位结构的微控制器。在存储器资源方 面，SPCE061A 内嵌32K 字的闪存（Flash），可供存储扫描所得的频率点幅值，而不用外置存储 器，节省了存储时间，方便对数据进行处理；在处理 速度方面，它的 CPU 时钟 为0.32MHz～49.152MHz，较高的处理速度使其能够非常容易地、快速地处理复杂 的数字信号；32位通用可编程输入/ 输出端口便于与外围器件相连；7通道10位 电压模/数转换器(ADC)可供采集样值。 文章来源：深圳正弦波测试技术有限公司 公司网址：http://www.szzxb.com/ （2）DDS 集成芯片 如图2.1，本系统中选用 AD9850 DDS 集成芯片完成 DDS 本振。AD9850是高稳定度 的直接数字频率合成器件，内部包含有输入寄存器、数据寄存 器、数字合成器 （DDS）、10位高速 D/A 转换器和高速比较器。AD9850高速的直接数字合成器（DDS） 核心根据设定的32位频率控制字和5位相移 控制字，在外接125MHz 晶振时，可 产生高达40MHz 的正弦波信号。 根据 AD9850 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 的电路制作了 DDS 集成板。实际测试 DDS 的芯片所产生的信 号波形（10M 以下）较好，幅度随着频率的升高而略有下降，为了满足 AD835小 信号混频的性能，我们后接 AD603加以衰减。详细见下面（3）。 （3）混频器 乘法器 AD835可以实现250MHz 带宽内的混频，这对于我们的设计完全满足要求。 而且其输出幅度在不同频率值时相对稳定，外围电路也相对简单，不需要进行复 杂的调零调试，只需要对 Z的直流输入进行相对调整即可。其基本原理框图如图 2.3所示。其中 W=X×Y+Z。 图2.3 AD835原理框图 AD835对小信号的乘法精度较高，不易输出新的频率分量，所以我们利用 AD603将 DDS 输出信号适当衰减，将输入小信号适当放大，再送入乘法器，以获 得最好的相乘效果。电路连接如图2.4所示。 在实际测试过程当中，我们发现乘法器的输出信号幅度会随信号频率的升高而略 有增加，很好地弥补了 DDS 集成芯片 AD9850输出信号的幅度随着频率的增加而 小幅度降低的这种缺陷。 文章来源：深圳正弦波测试技术有限公司 公司网址：http://www.szzxb.com/ 图2.4 带宽90MHz、增益可控的 AD603信号放大电路 （4）滤波器 本设计要求频谱分辨力为10KHz，所以每个扫频点的间隔为10KHz，以此频点作为 中心，左右各5KHz 范围之内为有效值，所以滤波器需要5KHz 的带 宽。MAX297 为8阶开关电容滤波器，可以实现截止频率0.1～50KHz 的可调，很容易满足题目 的要求。其带内增益平坦，带外衰减速度很快。 MAX297的1管脚的 clk 信号可以外接一个电容实现截止频率的选择： 这样可以根据 MAX297的截止频率和 clk 的比值为1:50的关系确定截止频率 fc，经过实际测试选择120 pF 可以实现5KHz 的截止频率，满足题目的频谱分辨 率要求。如图2.5所示。 图2.5 由 MAX297所组成的截止频率为5KHz 的 LPF （5）检波电路 如图2.1，为了提高检波精度，我们选择了 MX636作为检波电路，其电路原理图 如图2.6，它的外围电路只有一个电容。这个电容的选择很重要，它决定了 检波 的精度和稳定时间。大电容检测精度高，放电时间长；小电容会加大检波电路的 输出电压的波纹，使检测精度下降。为了平衡 DDS 的扫描速度和数据采集精度 的 问题，我们选择了0.1uF 的电容，经过测试效果比较理想。 文章来源：深圳正弦波测试技术有限公司 公司网址：http://www.szzxb.com/ 图2.6 MX636检波电路原理图 （6）电源管理及保护 由于本系统各模块对电源的要求不一致，若各种电源值都由外部分别提供，则电 源接口会显得很复杂，所以在电源设计上，本方案使用了各种稳压三极管。外部 只提 供正负16伏的电源，+15V 用7815分压得到；- 15V 用7915分压得到；+5V 用7805分压得到；- 5V 用7905分压得到。 另外，为了防止用户误将电源反接而损毁系统内部芯片，我们在电源的入口接了 一个二极管，负极接正电源，正极接负电源，若电源反接，接口电压会限制在二 极管的导通压降0.7V，保证了整个电路安全。如图2.7所示。 图2.7 电源分压及保护电路 文章来源：深圳正弦波测试技术有限公司 公司网址：http://www.szzxb.com/ 2、软件设计 由于硬件采集系统无法达到全频段的稳定性，在收集频谱样值后我们通过软件对 其进行一定的校准处理：根据固定输入信号的幅值，对全频段扫描结果并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 比 较， 设计校准曲线，来达到良好的稳定性，弥补硬件频率失真带来的误差，提 高频谱测量仪的精度。软件还对数据进行分析，根据频谱特性判别是 AM、FM 或 单频波， 计算调制深度或调频系数。 其主程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图如图2.9。 图2.9 主程序流程图 三、结论 本设计利用外差原理实现了对信号频谱分析的功能，覆盖了1MHz-30MHz 的频谱 范围。对电压值的标定采用对比法，能得到很高的测量幅度精度。利用示波器显 示频谱值，并可根据使用需要设置中心频率和显示带宽。 更多相关资料：http://www.szzxb.com/pinpufenxiyi/