全数字宽带扫频仪设计

1、国内外研究现状 目前在教学、科研、生产、生物工程等诸多领域中使用的电路网络幅频特性测试仪一般分为两类：一类是传统式的频率特性测试仪，其以压控振荡电路产生扫频正弦信号，由于压控震荡器的频率稳定性不好，而且频率分辨率也不高，会对整个测量结果的精度造成较大的影响。另外一类是数字式的频率特性测试仪，其以直接数字合成技术（DDS）产生扫频正弦信号，采用点阵液晶作为显示器，由微处理器对数据进行处理及各部分电路的控制。 而且现在有了FPGA（现场可编程门阵列）的出现，使得大规模数字电路的设计、调试完全通过软件编程的方法来实现，复杂的数字电路可以封装在一块芯片中，大大简化可外围电路的设计，同时FPGA可以根据现场的需要编程，使其具有更大的灵活性。 2、生产需求 因为在现代测试仪器中，扫频仪已经成为检验被测电路性能好坏的重要仪器，在无线电通、广播通信、雷达导航、卫星地面站等领域内，为有关电路的频率测试或鉴频器特性的测试，为研究、分析或改善电路性能提供了方便的条件。由于FPGA的出现使得大规模数字电路的设计完全通过软件编程的方法来实现，大大简化了外围电路的设计，所以在现在的生产中需求量大，很多公司都需要用到这种扫频仪，这样能更快更灵活的测试到被测电路的性能，及时的作出反应。 3、选题目的 在电子测量中，经常遇到对网络的阻抗特性和传输特性进行测量的问题，其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等。用来测量前述特征的仪器我们称为频率特性测试仪，简称扫频仪。它为被测网络的调整，校准及故障的排除提供了极大的方便。 扫频仪是一种把扫频信号发生器、频标信号发生器、示波器结合起来的仪器。利用它可以直接观察被测电路的频率特性曲线，便于在显示器能够工作是调整电路元器件，使频率特性各项指标符合技术要求。除此之外，还可以测试各个部分的电路增益、本振频率、调谐电路的谐振频率、以及信号在传输线中的损耗等，具有快速、准确、直观等优点。 4、选题意义 本次设计中扫频信号采用现有DDS芯片实现，显示部分借助于示波器的XY通道，控制器采用FPGA实现，实现高速、宽带扫频的目的。该课题涉及电子、通信等专业知识的理论基础及相关的软硬件开发应用能力，对于培养将理论分析与实践应用向结合，用理论指导工程开发的能力具有较强的意义。在本次设计中的直接数字式频率合成技术DDS (Direct Digital Synthesis)是新一代的频率合成技术，采用数字控制信号的相位增量技术，具有频率分辨率高，频率切换快，频率切换时相位连续和相位噪声低以及全数字化易于集成等优点而被广泛采用。 1、主要研究内容 本课题要求在分析扫频仪原理的基础上，设计基于现有的DDS芯片的全数字宽带扫频仪系统实现方案，完成器件选型等工作，并基于ADS仿真环境进行方案设计中功能电路与系统的建模与仿真，进行相关指标分析，最终完成宽带扫频仪的硬件电路设计与调试，及指标测试分析等工作。需要的指标要求为扫频范围在500~25MHz，扫频精度《1MHz。主要研究的内容包括：(1)基于DDS的信号发生器电路的设计；(2)自动增益控制器设计；(3)锯齿波发生电路设计；(4)检波电路设计；(5)系统控制程序设计；(6)系统硬件平台设计。 2、设计思想 针对传统扫频仪设计中存在的易受干扰，频率偏差大，那么设计全数字宽带扫频仪一般具有体积小、操作简便和测试准确等特点。而主要设计包括硬件电路设计、软件设计、接口与控制电路设计三部分，硬件部分主要是扫频信号发生器、宽带放大器、幅度检波等部分组成。软件部分包括测试软件与界面设计。