幅频特性和相频特性测试仪(工程主要代码) 电路方案

所用器件: STM32F407ZTG1 AD98541 THS30952 AD8352 THS45512 简介: 本作品是基于零中频正交解调原理的简易频率特性测试仪,用于测试网络的幅频特性和相频特性。 总体框图 采用DDS芯片AD9854及STM32单片机作为控制单元产生扫频信号,辅以按键控制实现1MHz-40MHz,最小步进100KHz范围内的连续扫频输出和点频测量。RLC串联谐振电路用作被测网络。经AD835乘法器和低通滤波器得到同相分量和正交分量的直流信号,ADC转换送入单片机,在单片机内进行数据处理,计算得到相位和幅度,通过液晶显示幅频特性和相频特性曲线。 系统总体框图如图1所示: 1.正交信号源设计 正交信号源选择了DDS芯片AD9854,具体实现电路见图2。对AD9854进行编程控制,使之输出两路幅度相同并且正交的信号,然后对输出信号进行滤波,使得正弦波变得更加平滑,滤波之后再把输出峰峰值为512mV的信号放大2倍到1.24V。 AD9854电路图 2.乘法器电路设计 题目要求输入信号的频率为1MHz~40MHz,因此选用的乘法器带宽必须大于40MHz,ADI公司的AD835乘法器,其带宽为250MHz,满足题目要求。其输出信号表达式为W=X*Y+Z,Z为直流电压,用于系统调零。通过调节R4的阻值可使乘法器得到0~-2.5V的偏置电压。 其原理图如图所示: 3 .滤波器及放大器设计 经乘法器输出的信号如式(1)、 (3) 所示,需设计低通滤波器,滤除高频分量,留下直流分量。据式(1)、(3)分析,滤波器截止频率低于1MHz即可,但考虑到电路会不可避免地产生其他频率干扰,因此低通滤波器的截止频率越小,滤波效果越好,测量精度越高。此外,由于STM32自带ADC只能采集正电平,因此需再加一级加有共模电压的放大器。电路如图 4. ADC设计 I、Q通道平衡对测量仪的精度至关重要,为保证正交平衡,DDS后的放大和滤波电路保证完全相同的电路,参数元件一致,PCB走线一致,由于扫频时间2S,步进为100K,整个频率范围内需要391个频点,对采用速率要求不高,我们选用STM32的片内AD,使用能够轻松达到12bit的精度,满足系统幅度0.5dB波动的测量要求。 5.被测网络设计 被测网络采用RLC串联谐振电路,电路图如图所示。 中心频率: (7) 有载品质因数: (8) 其中为中心角频率,为环路总电阻。 回路带宽: (9) 按要求被测网络中心频率20MHz,有载品质因数4。取电容C=18pF,为满足中心频率为20MHz,将f0和C代入(7)式,计算得L=3.52uH。 将Qr=4,C=18pF代入式(8),计算得r=Ro+Ri+R=110Ω,故R=10Ω。 程序设计 系统开机后进入初始化状态,初始化后进入功能选择界面,根据不同的按键状态进入相应的工作模式,主程序流程如图6所示。在程序开发时,使用的是keill的MDK5集成开发环境,运行代码及详细注释见附件代码。 工程主要代码截图: