低频频率测试仪.doc

蚅低频频率特性测试仪袂金龙龙福伟张玉强莀摘要:此低频频率测试仪是基于FPGA做中央控制以及信号产生和处理的。其扫频信号是由频率范围25kHz--40kHz的正弦波组成,能在全频范围和特定范围内自动步进测量,频率和电压以128×64的LCD显示屏显示。被测网络是由阻容双T网络组成,中心频率为28kHz,带宽±100Hz能分别和同时显示器幅频和相频特性曲线。芈关键字:FPGA,频率特性,DDS,阻容双T网络,。整个过程是由FPGA产生频率可变的PWM扫频信号,通过DDS(数字信号合成)产生扫频的正弦波,此扫频信号通过被测网络(此处为阻容双T网络)后,一路通过检波电路,输出器幅频特性曲线,一路通过比较器将正弦波在转成TTL的方波再与FPGA输出的同步PWM进行比较,判断其相位差,这样达到检相目的。螄其具体系统框架如下图1-1:葿图1-1整体系统框架蒀螅局部方案节DDS数字信号合成方案蒂这里用DDS数字信号合成将方波转成正弦波,用于扫频,我们准备了三套方案,(1)用FPGA输出PWM的方波(占空比不变)然后通过DDS模块生成正弦波;(2)利用FPGA直接做成硬件DDS,然后直接产生正弦波;(3)方案就是FPGA输出占空比变化的PWM,然后再通过低通滤波输出正弦波。通过比较,这三方案各有不足,第一个方案利用DDS模块成本较高,但输出的正弦波很可靠,频率响应也很好;第二个方案利用FPGA直接做成硬件DDS难度较大,我们做出来后发现频率高了过后输出的波形就发生了失真,但这个方案成本低,技术含量高,能拿高分;第三个方案频率达不到预期效果。我们开始打算用第二个方案的,但是由于失真问题一直没能解决,最终我们还是选择了第一个方案,利用DDS模块。薀阻容双T网络方案膆阻容双T网络它实际上是一个带阻滤波器,也可以叫做陷波器。这里我们定了两个方案:(1)无源式阻容双T网络,即一般的双T网络,没有任何反馈;(2)有源式阻容双T网络,即在普通的双T网络后面加上电压跟随器和负反馈,这样才能提高Q值让带宽减小。通过比较两个方案,发现无论怎么调节方案(1)中的双T网络R值和C值,都无法达到±50Hz的要求。最终我们决定选用方案(2),中心频率为28kHz,带宽为±100Hz。羄检相电路方案芁蚀软件方案薇莂羀电路设计与分析蝿阻容双T网络羈阻容双T网络相关参数的计算膄肃图2-1无源阻容双T网络衿膅无源阻容双T网络电路如图2-1所示,它实际上是一个带阻滤波器,也可以叫做陷波器。利用Y-△变换可以将图2-1的电路简化为图2-2所示П型电路。袆螂图2-2无源阻容双T网络的П型等效电路罿其中式2-1薆传递函数为式2-2芄式2-2中薁由上式可求出无源阻容双T网络的幅频、相频特性的表达式为罿式2-3羇式2-4肅中心频率式2-5