一种基于czt算法的便携式低频段频谱仪的制作方法
专利名称:一种基于czt算法的便携式低频段频谱仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于电子仪器领域，尤其涉及一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，包括电源模块、中央处理模块、内存模块和显示模块，所述电源模块与所述中央处理模块、内存模块和显示模块相连；所述显示模块与所述中央处理模块相连，所述内存模块与所述中央处理模块相连，所述中央处理模块设有采用线性调频Z变换的算法将收到的时域信号转换为频谱信号的线性调频Z变换单元；本方案提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪使用软件代替了模拟电路，在降低价格的同时减小了体积，增加了便携性；此外，本方案提供的频谱仪显示直观，操作方便，全部操作通过触摸屏触控输入。
【专利说明】
一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪
技术领域
[0001]本实用新型属于电子仪器领域，尤其涉及一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪。
【背景技术】
[0002]频谱仪是一种用于观察电信号频谱分布情况的电子仪器，常用于震动信号、音频信号、射频信号的频谱分析。
[0003]例如，申请号为201510724702.9，名称为《2GHz带宽实时FFT频谱仪系统》的发明专利中提供一种2GHz带宽实时FFT频谱仪系统，包括:输入阻抗匹配电路、数据采集电路、数据处理电路、数据输出电路、数据输出接口扩展电路、时钟产生电路及控制模块;所述输入阻抗匹配电路与数据采集电路、数据处理电路依次电连接，所述数据采集电路、数据处理电路共用所述时钟产生电路，所述数据处理电路分别与所述数据输出电路、数据输出接口扩展电路电连接，所述数据传输电路与所述控制模块电连接;所述数据处理电路，采用并行流水运算，实现宽带数据处理。
[0004]然而，现有的频谱仪的价格比较昂贵，具有基本性能的频谱仪价格已高达万元，对普通电子设计人员来说难以接受。此外市场上频谱仪多数是采用扫频调谐方式把时域信号转换为频域信号，该方式的模拟电路比较复杂，调试与校准都比较困难，体积大携带不方便。而在低频信号领域，例如机械振动信号、音频信号、调幅调频信号，使用具有带宽为50MHz的频谱仪已胜任很多场合的频谱测量工作，并不需要很多高频频谱仪。
[0005]所以，需要一种新型低频频谱仪，具有价格低，体积小，操作方便的特点，适用于电子爱好者、电类教学实验室等对象。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，旨在解决现有频谱仪体积较大、成本高昂的问题。
[0007]本实用新型是这样实现的，一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，包括电源模块、中央处理模块、内存模块和显示模块，所述电源模块与所述中央处理模块、内存模块和显示模块相连;所述显示模块与所述中央处理模块相连，所述内存模块与所述中央处理模块相连，所述中央处理模块设有采用线性调频Z变换的算法将收到的时域信号转换为频谱信号的线性调频Z变换单元。通过所述中央处理模块中的线性调频Z变换(Chirp-ZTransformat1n，CZT)单元直接通过运算的方式将收到的时域信号转换为频谱信号，省去了模拟电路，在大大降低了成本的同时减小了频谱仪体积。
[0008]本实用新型的进一步技术方案是:所述基于CZT算法的便携式低频段频谱仪还包括数字信号转换模块，所述数字信号转换模块的输出端与所述线性调频Z变换单元的输入端相连。所述线性调频Z变换算法需要处理数字信号，所以先通过数字信号转换模块将模拟电路信号转换为数字信号。
[0009]本实用新型的进一步技术方案是:所述中央处理模块还包括数据处理单元，所述数据处理单元的输出端与所述数字信号转换模块的输入端相连，所述数据处理单元的与所述线性调频Z变换单元相连。通过所述数据处理单元对所述数字信号转换模块和所述线性调频Z变换单元进行调节控制。
[0010]本实用新型的进一步技术方案是:还设有信号放大模块，所述信号放大模块与所述数字信号转换模块相连，所述信号放大模块与所述数据处理单元相连。信号放大模块将待测信号放大到适当幅度。
[0011]本实用新型的进一步技术方案是:所述中央处理模块还设有显示驱动单元，所述显示驱动单元与所述显示模块相连，所述显示驱动单元与所述数据处理单元相连。
[0012]本实用新型的进一步技术方案是:所述显示模块为触摸屏，所述显示模块与所述数据处理单元相连。用户可以通过触摸屏对频谱仪进行设置，所以触摸屏与数据处理单元相连，两者交互进行控制。
[0013]本实用新型的进一步技术方案是:所述中央处理模块为可编程现场门阵列芯片，所述可编程现场门阵列芯片模拟出所述线性调频Z变换单元、所述数据处理单元和所述显示驱动单元。可编程现场门阵列芯片是所述CZT算法的便携式低频段频谱仪的核心器件，是一种结构可重构的芯片，可以通过编程的方式生成指定的结构，从而实现期望的功能。在本设计中指定可编程现场门阵列芯片模拟出所述线性调频Z变换单元、所述数据处理单元和所述显示驱动单元。其中数据处理单元是系统的管理单元，负责控制信号放大模块、显示驱动单元和数字信号转换模块相等模块的工作，同时运行用户交互界面，方便用户操作仪器。
[0014]本实用新型的进一步技术方案是:所述数字信号转换模块为数模转换芯片。
[0015]本实用新型的进一步技术方案是:所述信号放大模块为程控放大器。程控放大器由模拟电路构成，其放大倍数可以用编程指定。
[0016]本实用新型的进一步技术方案是:所述内存模块为SRAM储存器。
[0017]本实用新型的有益效果是:本方案提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪使用软件代替了模拟电路，在降低价格的同时减小了体积，增加了便携性。此外，本方案提供的频谱仪显示直观，操作方便，全部操作通过触摸屏触控输入。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪的功能模块图。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了本实用新型提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪的功能模块图。
[0020]如图，本具体实施例提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪由程控放大器，数模转换芯片(以下简称A/D芯片)，可编程现场门阵列芯片(以下简称FPGA芯片)，LCD触摸屏，SRAM存储器与电源模块构成。待测信号首先由程控放大器放大到适当幅度，再由A/D转换为数字信号，FPGA对数字信号处理后，送到IXD显示，其中SRAM存储器为FPGA芯片提供内存，电源模块为系统提供电源。
[0021]FPGA是本系统的核心器件，它是一种结构可重构的芯片，可以通过编程的方式生成指定的结构，从而实现期望的功能。在本具体实施例中指定FPGA通过编程模拟出线性调频Z变换单元(以下简称CZT)、数据处理单元(以下简称CPU)和LCD驱动器模块。CZT实现时域信号到频谱信号的转换，CPU是系统的管理单元，负责控制程控放大器的，控制A/D的采用等工作，同时运行用户交互界面，方便用户操作仪器。IXD驱动器用于驱动IXD触摸的显示。
[0022]本具体实施例中程控放大器由模拟电路构成，其放大倍数可以用编程指定，放大范围1-1000倍，带宽为50MHz j/D芯片采用速率为120MHz的模块，位宽为WBit13LCD触摸屏的分辨率为800*480，既能显示频谱信号与操作界面，并接收用户触控操作指令，无需实体开关，旋钮等机械元件，利于减小整机体积。SRAM存储器为CPU的运行内存，采用容量为IMB的芯片。电源模块为各个芯片提供电源，工作电压为5V。
[0023]本方案提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪使用软件代替了模拟电路，并且具有频率细分功能，能对感兴趣频点附近的频域进行分析，无需额外模拟电路。在降低价格的同时减小了体积，增加了便携性，本方案提供的频谱仪的成本仅为约2000元人民币，尺寸大约为为14*4*9 CM。此外，本方案提供的频谱仪显示直观，操作方便，全部操作通过触摸屏触控输入。
[0024]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:包括电源模块、中央处理模块、内存模块和显示模块，所述电源模块与所述中央处理模块、内存模块和显示模块相连；所述显示模块与所述中央处理模块相连，所述内存模块与所述中央处理模块相连，所述中央处理模块设有采用线性调频Z变换的算法将收到的时域信号转换为频谱信号的线性调频Z变换单元。2.根据权利要求1所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:还包括数字信号转换模块，所述数字信号转换模块的输出端与所述线性调频Z变换单元的输入端相连。3.根据权利要求2所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述中央处理模块还包括数据处理单元，所述数据处理单元的输出端与所述数字信号转换模块的输入端相连，所述数据处理单元的与所述线性调频Z变换单元相连。4.根据权利要求3所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:还设有信号放大模块，所述信号放大模块与所述数字信号转换模块相连，所述信号放大模块与所述数据处理单元相连。5.根据权利要求4所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述中央处理模块还设有显示驱动单元，所述显示驱动单元与所述显示模块相连，所述显示驱动单元与所述数据处理单元相连。6.根据权利要求5所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述显示模块为触摸屏，所述显示模块与所述数据处理单元相连。7.根据权利要求5、6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述中央处理模块为可编程现场门阵列芯片，所述可编程现场门阵列芯片模拟出所述线性调频Z变换单元、所述数据处理单元和所述显示驱动单元。8.根据权利要求2-6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述数字信号转换模块为数模转换芯片。9.根据权利要求4-6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述信号放大模块为程控放大器。10.根据权利要求1-6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述内存模块为SRAM储存器。
【文档编号】G01R23/16GK205720431SQ201620345312
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】吴其琦, 苏思保, 黄庆南, 章帆
【申请人】广西科技大学
【专利摘要】本实用新型属于电子仪器领域，尤其涉及一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，包括电源模块、中央处理模块、内存模块和显示模块，所述电源模块与所述中央处理模块、内存模块和显示模块相连；所述显示模块与所述中央处理模块相连，所述内存模块与所述中央处理模块相连，所述中央处理模块设有采用线性调频Z变换的算法将收到的时域信号转换为频谱信号的线性调频Z变换单元；本方案提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪使用软件代替了模拟电路，在降低价格的同时减小了体积，增加了便携性；此外，本方案提供的频谱仪显示直观，操作方便，全部操作通过触摸屏触控输入。
【专利说明】
一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪
技术领域
[0001]本实用新型属于电子仪器领域，尤其涉及一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪。
【背景技术】
[0002]频谱仪是一种用于观察电信号频谱分布情况的电子仪器，常用于震动信号、音频信号、射频信号的频谱分析。
[0003]例如，申请号为201510724702.9，名称为《2GHz带宽实时FFT频谱仪系统》的发明专利中提供一种2GHz带宽实时FFT频谱仪系统，包括:输入阻抗匹配电路、数据采集电路、数据处理电路、数据输出电路、数据输出接口扩展电路、时钟产生电路及控制模块;所述输入阻抗匹配电路与数据采集电路、数据处理电路依次电连接，所述数据采集电路、数据处理电路共用所述时钟产生电路，所述数据处理电路分别与所述数据输出电路、数据输出接口扩展电路电连接，所述数据传输电路与所述控制模块电连接;所述数据处理电路，采用并行流水运算，实现宽带数据处理。
[0004]然而，现有的频谱仪的价格比较昂贵，具有基本性能的频谱仪价格已高达万元，对普通电子设计人员来说难以接受。此外市场上频谱仪多数是采用扫频调谐方式把时域信号转换为频域信号，该方式的模拟电路比较复杂，调试与校准都比较困难，体积大携带不方便。而在低频信号领域，例如机械振动信号、音频信号、调幅调频信号，使用具有带宽为50MHz的频谱仪已胜任很多场合的频谱测量工作，并不需要很多高频频谱仪。
[0005]所以，需要一种新型低频频谱仪，具有价格低，体积小，操作方便的特点，适用于电子爱好者、电类教学实验室等对象。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，旨在解决现有频谱仪体积较大、成本高昂的问题。
[0007]本实用新型是这样实现的，一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，包括电源模块、中央处理模块、内存模块和显示模块，所述电源模块与所述中央处理模块、内存模块和显示模块相连;所述显示模块与所述中央处理模块相连，所述内存模块与所述中央处理模块相连，所述中央处理模块设有采用线性调频Z变换的算法将收到的时域信号转换为频谱信号的线性调频Z变换单元。通过所述中央处理模块中的线性调频Z变换(Chirp-ZTransformat1n，CZT)单元直接通过运算的方式将收到的时域信号转换为频谱信号，省去了模拟电路，在大大降低了成本的同时减小了频谱仪体积。
[0008]本实用新型的进一步技术方案是:所述基于CZT算法的便携式低频段频谱仪还包括数字信号转换模块，所述数字信号转换模块的输出端与所述线性调频Z变换单元的输入端相连。所述线性调频Z变换算法需要处理数字信号，所以先通过数字信号转换模块将模拟电路信号转换为数字信号。
[0009]本实用新型的进一步技术方案是:所述中央处理模块还包括数据处理单元，所述数据处理单元的输出端与所述数字信号转换模块的输入端相连，所述数据处理单元的与所述线性调频Z变换单元相连。通过所述数据处理单元对所述数字信号转换模块和所述线性调频Z变换单元进行调节控制。
[0010]本实用新型的进一步技术方案是:还设有信号放大模块，所述信号放大模块与所述数字信号转换模块相连，所述信号放大模块与所述数据处理单元相连。信号放大模块将待测信号放大到适当幅度。
[0011]本实用新型的进一步技术方案是:所述中央处理模块还设有显示驱动单元，所述显示驱动单元与所述显示模块相连，所述显示驱动单元与所述数据处理单元相连。
[0012]本实用新型的进一步技术方案是:所述显示模块为触摸屏，所述显示模块与所述数据处理单元相连。用户可以通过触摸屏对频谱仪进行设置，所以触摸屏与数据处理单元相连，两者交互进行控制。
[0013]本实用新型的进一步技术方案是:所述中央处理模块为可编程现场门阵列芯片，所述可编程现场门阵列芯片模拟出所述线性调频Z变换单元、所述数据处理单元和所述显示驱动单元。可编程现场门阵列芯片是所述CZT算法的便携式低频段频谱仪的核心器件，是一种结构可重构的芯片，可以通过编程的方式生成指定的结构，从而实现期望的功能。在本设计中指定可编程现场门阵列芯片模拟出所述线性调频Z变换单元、所述数据处理单元和所述显示驱动单元。其中数据处理单元是系统的管理单元，负责控制信号放大模块、显示驱动单元和数字信号转换模块相等模块的工作，同时运行用户交互界面，方便用户操作仪器。
[0014]本实用新型的进一步技术方案是:所述数字信号转换模块为数模转换芯片。
[0015]本实用新型的进一步技术方案是:所述信号放大模块为程控放大器。程控放大器由模拟电路构成，其放大倍数可以用编程指定。
[0016]本实用新型的进一步技术方案是:所述内存模块为SRAM储存器。
[0017]本实用新型的有益效果是:本方案提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪使用软件代替了模拟电路，在降低价格的同时减小了体积，增加了便携性。此外，本方案提供的频谱仪显示直观，操作方便，全部操作通过触摸屏触控输入。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪的功能模块图。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了本实用新型提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪的功能模块图。
[0020]如图，本具体实施例提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪由程控放大器，数模转换芯片(以下简称A/D芯片)，可编程现场门阵列芯片(以下简称FPGA芯片)，LCD触摸屏，SRAM存储器与电源模块构成。待测信号首先由程控放大器放大到适当幅度，再由A/D转换为数字信号，FPGA对数字信号处理后，送到IXD显示，其中SRAM存储器为FPGA芯片提供内存，电源模块为系统提供电源。
[0021]FPGA是本系统的核心器件，它是一种结构可重构的芯片，可以通过编程的方式生成指定的结构，从而实现期望的功能。在本具体实施例中指定FPGA通过编程模拟出线性调频Z变换单元(以下简称CZT)、数据处理单元(以下简称CPU)和LCD驱动器模块。CZT实现时域信号到频谱信号的转换，CPU是系统的管理单元，负责控制程控放大器的，控制A/D的采用等工作，同时运行用户交互界面，方便用户操作仪器。IXD驱动器用于驱动IXD触摸的显示。
[0022]本具体实施例中程控放大器由模拟电路构成，其放大倍数可以用编程指定，放大范围1-1000倍，带宽为50MHz j/D芯片采用速率为120MHz的模块，位宽为WBit13LCD触摸屏的分辨率为800*480，既能显示频谱信号与操作界面，并接收用户触控操作指令，无需实体开关，旋钮等机械元件，利于减小整机体积。SRAM存储器为CPU的运行内存，采用容量为IMB的芯片。电源模块为各个芯片提供电源，工作电压为5V。
[0023]本方案提供的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪使用软件代替了模拟电路，并且具有频率细分功能，能对感兴趣频点附近的频域进行分析，无需额外模拟电路。在降低价格的同时减小了体积，增加了便携性，本方案提供的频谱仪的成本仅为约2000元人民币，尺寸大约为为14*4*9 CM。此外，本方案提供的频谱仪显示直观，操作方便，全部操作通过触摸屏触控输入。
[0024]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:包括电源模块、中央处理模块、内存模块和显示模块，所述电源模块与所述中央处理模块、内存模块和显示模块相连；所述显示模块与所述中央处理模块相连，所述内存模块与所述中央处理模块相连，所述中央处理模块设有采用线性调频Z变换的算法将收到的时域信号转换为频谱信号的线性调频Z变换单元。2.根据权利要求1所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:还包括数字信号转换模块，所述数字信号转换模块的输出端与所述线性调频Z变换单元的输入端相连。3.根据权利要求2所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述中央处理模块还包括数据处理单元，所述数据处理单元的输出端与所述数字信号转换模块的输入端相连，所述数据处理单元的与所述线性调频Z变换单元相连。4.根据权利要求3所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:还设有信号放大模块，所述信号放大模块与所述数字信号转换模块相连，所述信号放大模块与所述数据处理单元相连。5.根据权利要求4所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述中央处理模块还设有显示驱动单元，所述显示驱动单元与所述显示模块相连，所述显示驱动单元与所述数据处理单元相连。6.根据权利要求5所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述显示模块为触摸屏，所述显示模块与所述数据处理单元相连。7.根据权利要求5、6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述中央处理模块为可编程现场门阵列芯片，所述可编程现场门阵列芯片模拟出所述线性调频Z变换单元、所述数据处理单元和所述显示驱动单元。8.根据权利要求2-6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述数字信号转换模块为数模转换芯片。9.根据权利要求4-6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述信号放大模块为程控放大器。10.根据权利要求1-6中任一所述的基于CZT算法的便携式低频段频谱仪，其特征在于:所述内存模块为SRAM储存器。
【文档编号】G01R23/16GK205720431SQ201620345312
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】吴其琦, 苏思保, 黄庆南, 章帆
【申请人】广西科技大学
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