智能化频率特性测试仪系统电路设计

　　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。幅度检测精度达到1dBm，相位检测精度1°的指标。

　　控制与数据处理单元

　　ADSP-BF532和FPGA（EP1C3） 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。

　　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~-3dBm.AD9958信号输出原理如图5所示。

　　仪器实现了对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、数据存储、回放、峰值查找以及-3 dB 测量，Q 值查找等计算。由于大量采用大规模集成电路，不仅提高了系统的集成度，减小了体积，而目提升了仪器的性能和稳定性。实现了数字化、智能化、低成本。目前仪器已进人生产阶段。