摘要 基于直接數字頻率合成技術的思想，采用現代數字信號處理和顯示技術，設計了一臺低成本、數字化、智能化的頻率特性測試儀。實現了對20 Hz～150 MHz范圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量。完成了數據存儲、-3曲帶寬計算、峰值查找等功能，幅度檢測精度達到1dBm，相位檢測精度1°等指標。
關鍵詞 DSP；DDS；幅頻測量；相頻測量

傳統掃頻儀的信號源大多采用LC電路構成的振蕩器，大量使用分立元器件來實現各功能，顯示部分采用傳統的掃描顯示器。因此傳統結構的掃頻儀不僅結構復雜、體積龐大、價格昂貴、操作復雜，而且由于各元件分散性大，參數變化容易受外部環境變化影響，精度不高。目前，以Agilent等為代表的儀器生產廠家提供了多種高性能的共模電感器頻率特性測試儀。但其產品主要集中在射頻、微波等高頻領域，中低頻段的產品相對缺乏。本文基于直接數字頻率合成(DDS)的技術思想，采用DSP和FPGA架構的現代數字信號處理技術，設計了一臺低成本，高度數字化和智能化的頻率特性測試儀，實現了對20 Hz～150 MHz范圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量和顯示，完成了數據存儲回放和傳輸，-3 dB帶寬計算，峰值查找等功能。幅工字電感器度檢測精度達到1dBm，相位檢測精度1°的指標。

1 系統組成
頻率特性分析儀主要包括控制和數據存儲處理單元、DDS信號源單元、幅度和相位檢測單元、數據采集單元、顯示及交互接口單元，系統總體框圖如圖1所示。

2 系統設計
2．1 控制與數據處理單元
ADSP—BF532和FPGA(EP1C3)共模電感器是控制與數據存儲處理單元的核心。DSP通過PPI、SPI和PF接口與FPGA進行雙向數據通信，實現鍵盤讀取，DDS掃描，A／D采集，LCD掃描等功能，通過UART單元與計算機實現數據傳輸和遠程控制。FPGA完成了TFT_LCD和VGA同步顯示時序轉換、鍵盤掃描、SPI通信和信號分配等功能。另外，DSP通過EBIU單元連接AM29LV800和MT48L32M16分別作為程序與工作狀態存儲器和數據存儲與顯示緩存。工作原理如圖2所示。

2．2 數據采集單元
數據采集單元采用多路A／D轉換器將幅度和相位的模擬電壓信號轉換為數字信號供DSP和FPGA進行處理和傳輸，是模擬電路和數字電路之間的“橋梁”。本儀器中選用AD7655采集信號。該A／D轉換器具有4個模擬輸入通道，16位采樣精度，最高采樣率為1MHz。采用16位并行和SPI等傳輸模式。REF3125提供A／D轉換器所需的2．5 V參考電壓。
2．3 DDS信號源單元
DDS技術是一種把一系列數字量形式的信號通過DAC轉換成模擬量形式信號的合成技術。DDS技術建立在采樣定理的基礎上，它首先對需要產生的波形進行采樣，將采樣值數字化后存入存儲器做為查找表，然后再通過查找表將數據讀出，經過D／A轉換器轉換成模擬量，把存入的波形重新合成出來。雖然DDS系統的結構有很多種，但其基本的電路原理，如圖3所示。

電感器類型 本儀器選用的DDS芯片AD9958是一款高性能雙通道直接數字頻率合成器，具有兩個獨立的DDS核，分別具有兩個獨立的32位頻率控制字和14位相位控制字，一個10位的幅度控制字。內部集成PLL，芯片最高工作頻率500 MHz，輸出信號最高頻率可達180 MHz。DSP通過SPI和PF接口經FPGA信號分配邏輯對AD9958進行頻率、相位和幅度控制字的配置，如圖4所示。

AD9958采用25 MHz外部時鐘輸入，經內部PLL倍頻后產生500 MHz內核工作時鐘。輸出信號為兩路同頻的正弦和余弦信號。為避免數字噪聲對信號產生干擾，芯片的3．3 V數字供電與模擬供電部分需采用型網絡隔離，并對模擬地接小電阻到地平面以隔共模電感離干擾。由于芯片輸出為電流信號，需采用51Ω上拉到1．8 V轉換為電壓信號，經LFCN—160集成濾波器濾除高頻噪聲，并采用差分運放AD8312抵消共模噪聲。輸出信號電平范圍為-10～-3 dBm。AD9958信號輸出原理如圖5所示。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠