摘要 基于直接数字频率合成技术的思想，采用现代数字信号处理和显示技术，设计了一台低成本、数字化、智能化的频率特性测试仪。实现了对20 Hz～150 MHz范围内任意频段的被测网络幅频特性和相频特性测量。完成了数据存储、-3曲带宽计算、峰值查找等功能，幅度检测精度达到1dBm，相位检测精度1°等指标。
关键词 DSP；DDS；幅频测量；相频测量

传统扫频仪的信号源大多采用LC电路构成的振荡器，大量使用分立元器件来实现各功能，显示部分采用传统的扫描显示器。因此传统结构的扫频仪不仅结构复杂、体积庞大、价格昂贵、操作复杂，而且由于各元件分散性大，参数变化容易受外部环境变化影响，精度不高。目前，以Agilent等为代表的仪器生产厂家提供了多种高性能的共模电感器频率特性测试仪。但其产品主要集中在射频、微波等高频领域，中低频段的产品相对缺乏。本文基于直接数字频率合成(DDS)的技术思想，采用DSP和FPGA架构的现代数字信号处理技术，设计了一台低成本，高度数字化和智能化的频率特性测试仪，实现了对20 Hz～150 MHz范围内任意频段的被测网络幅频特性和相频特性测量和显示，完成了数据存储回放和传输，-3 dB带宽计算，峰值查找等功能。幅工字电感器度检测精度达到1dBm，相位检测精度1°的指标。

1 系统组成
频率特性分析仪主要包括控制和数据存储处理单元、DDS信号源单元、幅度和相位检测单元、数据采集单元、显示及交互接口单元，系统总体框图如图1所示。

2 系统设计
2．1 控制与数据处理单元
ADSP—BF532和FPGA(EP1C3)共模电感器是控制与数据存储处理单元的核心。DSP通过PPI、SPI和PF接口与FPGA进行双向数据通信，实现键盘读取，DDS扫描，A／D采集，LCD扫描等功能，通过UART单元与计算机实现数据传输和远程控制。FPGA完成了TFT_LCD和VGA同步显示时序转换、键盘扫描、SPI通信和信号分配等功能。另外，DSP通过EBIU单元连接AM29LV800和MT48L32M16分别作为程序与工作状态存储器和数据存储与显示缓存。工作原理如图2所示。

2．2 数据采集单元
数据采集单元采用多路A／D转换器将幅度和相位的模拟电压信号转换为数字信号供DSP和FPGA进行处理和传输，是模拟电路和数字电路之间的“桥梁”。本仪器中选用AD7655采集信号。该A／D转换器具有4个模拟输入通道，16位采样精度，最高采样率为1MHz。采用16位并行和SPI等传输模式。REF3125提供A／D转换器所需的2．5 V参考电压。
2．3 DDS信号源单元
DDS技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC转换成模拟量形式信号的合成技术。DDS技术建立在采样定理的基础上，它首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器做为查找表，然后再通过查找表将数据读出，经过D／A转换器转换成模拟量，把存入的波形重新合成出来。虽然DDS系统的结构有很多种，但其基本的电路原理，如图3所示。

电感器类型 本仪器选用的DDS芯片AD9958是一款高性能双通道直接数字频率合成器，具有两个独立的DDS核，分别具有两个独立的32位频率控制字和14位相位控制字，一个10位的幅度控制字。内部集成PLL，芯片最高工作频率500 MHz，输出信号最高频率可达180 MHz。DSP通过SPI和PF接口经FPGA信号分配逻辑对AD9958进行频率、相位和幅度控制字的配置，如图4所示。

AD9958采用25 MHz外部时钟输入，经内部PLL倍频后产生500 MHz内核工作时钟。输出信号为两路同频的正弦和余弦信号。为避免数字噪声对信号产生干扰，芯片的3．3 V数字供电与模拟供电部分需采用型网络隔离，并对模拟地接小电阻到地平面以隔共模电感离干扰。由于芯片输出为电流信号，需采用51Ω上拉到1．8 V转换为电压信号，经LFCN—160集成滤波器滤除高频噪声，并采用差分运放AD8312抵消共模噪声。输出信号电平范围为-10～-3 dBm。AD9958信号输出原理如图5所示。 大功率电感厂家 |大电流电感工厂