一种频率特性测试仪的制作方法

本实用新型属于频谱分析技术领域，特别涉及一种频率特性测试仪。

背景技术：

用于分析信号频域信息的频谱仪是信息科学领域必不可少的设备。频率特性是一个系统或网络对不同频率正弦输入信号的响应特性，频率特性包括幅频特性和相频特性，幅频特性即放大电路的电压放大倍数与频率的关系；相频特性即输出信号与输入信号的相位差与频率之间的关系。传统的频率特性测试仪大多采用LC电路构成的扫频振荡器，在一系列规定的频率点上，逐点测量网络增益，从而确定幅频特性曲线，用这种方法得到的幅频特性曲线比较精确，但其存在体积庞大、结构复杂、价格昂贵、功能单一、操作繁杂和性价低等缺点，容易漏测某些细节，不能反映出被测网络的动态特性。目前市场上现有的频率特性测试仪主要有模拟式和数字式两种，要么存在设备体积大、易有故障和操作复杂的缺陷，难以满足尤其是现场自动测试的要求，要么就是结构复杂、价格昂贵、维护困难，在实际应用中用户难以接受，已逐渐不能满足用户和市场需求。

技术实现要素：

为解决现有技术的频率特性测试仪存在结构复杂、操作繁琐且功能单一的缺陷问题，本实用新型提供一种频率特性测试仪。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种频率特性测试仪，包括信号输入模块和显示模块，还包括扫频信号发生器，扫频信号发生器包括单片机和FPGA模块，信号输入模块与单片机的输入端相连，FPGA模块的输入端和显示模块分别与单片机的输出端相连，FPGA模块的输出端依次连接低通滤波模块、被测网络、采样调理电路、输出波形采样模块和单片机的输入端，FPGA模块接收单片机发送的波形类型和频率信息并输出频率可控的扫频信号，单片机内设有存储模块、信号处理模块和继电器，输出波形采样模块内设有ADC模块。

进一步的，所述FPGA模块通过模拟DDS合成并输出频率受单片机控制的扫频信号。

进一步的，所述低通滤波模块包括采用一个OPA211运放芯片制备的低通滤波电路，用于对FPGA模块输出的扫频信号进行整形滤波。

进一步的，所述被测网络包括采用两个OPA211运放芯片制备的有源滤波器，所述有源滤波器的截止频率为10-100KHz。

进一步的，所述采样调理电路包括TILM6554放大器电路，用于对被测网络输出的波形进行整形调理。

进一步的，所述ADC模块为ADS4128芯片，用于对采样调理电路输出的波形进行采样和传送至单片机。

进一步的，所述单片机为TM4C1294单片机，所述FPGA模块为XC7A50T-1CSG324C。

进一步的，所述显示模块为 LCD12864液晶显示屏，通过继电器驱动用于显示频率、幅度数据及特性曲线。

进一步的，所述信号输入模块采用4*4矩阵键盘，用于输入频率数据和功能切换。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的一种频率特性测试仪，基于数模混合电路模块，利用FPGA模块内部模拟DDS合成得到频率由单片机控制的正弦波作为扫频信号，通过低通滤波模块输入至待测网络，经采样调理电路调理后由输出波形采样模块分别测量各扫频信号对应的输出网络信号，并求得待测网络的幅频特性，FPGA模块利用计数法测量代表进出网络信号的相位差的脉冲数，并送入单片机得到对应频率点的相角，将各频点得到的幅度和相位存入单片机中并通过显示模块显示幅频及相频特性，在定点测量时，通过矩阵键盘输入所需频率，由显示模块显示单个频率点的幅度和相位，能够实现扫频信号输出、点频信号输出、网络幅频特性测试及相频特性测试，具有测量频率范围宽、功能丰富、高精度和低功耗等优点，应用前景广阔。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理图；

图2是本实用新型的运行流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作更进一步的说明。

如图1-2所示，一种频率特性测试仪，包括扫频信号发生器、低通滤波模块、被测网络、采样调理电路、输出波形采样模块、信号输入模块和用于显示频率、幅度数据及特性曲线的显示模块。扫频信号发生器包括单片机和FPGA模块，单片机内设有存储模块、信号处理模块和驱动显示模块的继电器，信号输入模块与单片机的输入端相连，FPGA模块的输入端和显示模块分别与单片机的输出端相连，FPGA模块的输出端依次连接低通滤波模块、被测网络、采样调理电路、输出波形采样模块和单片机的输入端。

低通滤波模块包括采用单个OPA211运放芯片制备的低通滤波电路，低通滤波电路的输出电压大小可根据需要进行灵活设置，对FPGA模块输出的扫频信号的波形振幅具有稳压作用，被测网络包括采用两个OPA211运放芯片制备的有源滤波器，其上下限截止频率可根据需要进行灵活设置，进而控制信号输出频率。

扫频信号发生器采用单片机作为主控制器，向FPGA模块发送波形类型和频率信息，由FPGA模块模拟DDS合成得到频率由单片机控制的正弦波作为扫频信号，扫频信号经过低通滤波模块整形滤波后输出至被测网络，采样调理电路采用放大器电路作为前级调理电路对被测网络输出的波形进行整形调理后输出至输出波形采样模块，输出波形采样模块通过其内的ADC模块对采样调理电路输出的波形进行波形采样并测量各扫频信号对应的输出网络信号，求得待测网络的幅频特性，同时FPGA模块利用计数法测量代表进出网络信号的相位差的脉冲数，将幅频特性和脉冲数的数据传送至单片机内的信号处理模块进行数据处理得到对应频率点的相角，并将各频点得到的幅度和相位存入单片机内的存储模块中，继电器驱动显示模块显示幅频和相频特性曲线；在定点测量时，直接通过信号输入模块输入所需频率信息，单片机控制显示模块显示单个频率点的幅度和相位。

信号输入模块采用4*4矩阵键盘，可直接通过4*4矩阵键盘向单片机内输入频率数据，4*4矩阵键盘上还设有四个功能按键，分别对应输出扫频信号、输出点频信号、网络幅频特性测试和网络相频特性测试四大功能，根据实际需求利用信号输入模块上的四个功能按键进行功能选择以实现不同的频率特性，包括：扫频信号输出：单片机控制FPGA模块输出扫频信号并通过继电器驱动显示模块显示其步进值和输出信号幅值；点频信号输出：通过信号输入模块输入点频信号频率，由单片机控制FPGA模块输出固定频率的信号，输出波形采样模块进行被测网络增益测量；网络幅频特性测试：输出波形采样模块通过其内的ADC模块对被测网络的幅度频率特性进行采集并传送至单片机，继电器驱动显示模块显示幅频特性曲线；网络相频特性测试：FPGA模块测量出代表进出网络信号的相位差的脉冲数并将采集到的数据传送至单片机内的信号处理模块进行信号处理，并通过显示模块显示相频特性曲线。

实施例1：

如图1-2所示，一种频率特性测试仪，包括扫频信号发生器、低通滤波模块、被测网络、采样调理电路、输出波形采样模块、信号输入模块和显示模块。扫频信号发生器包括单片机和FPGA模块，单片机内设有存储模块、信号处理模块和驱动显示模块的继电器，信号输入模块与单片机的输入端相连，FPGA模块的输入端和显示模块分别与单片机的输出端相连，FPGA模块的输出端依次连接低通滤波模块、被测网络、采样调理电路、输出波形采样模块和单片机的输入端。低通滤波模块包括采用单个OPA211运放芯片制备的低通滤波电路，低通滤波电路的输出电压设置为1V，被测网络包括采用两个OPA211运放芯片制备的有源滤波器，其上下限截止频率分别设置为10KHZ和100KHZ，信号输出频率为10-100KHZ。

单片机为TM4C1294单片机，FPGA模块为XC7A50T-1CSG324C，ADC模块为ADS4128芯片，显示模块为 LCD12864液晶显示屏，用于显示频率、幅度数据及特性曲线，信号输入模块采用4*4矩阵键盘，可直接通过4*4矩阵键盘向单片机内输入频率数据，4*4矩阵键盘上还设有四个功能按键，分别对应输出扫频信号、输出点频信号、网络幅频特性测试和网络相频特性测试四大功能，用于实现功能切换。

扫频信号发生器采用TM4C1294单片机作为主控制器，向FPGA模块发送波形类型和频率信息，由FPGA模块模拟DDS合成得到频率由TM4C1294单片机控制的正弦波作为扫频信号，FPGA模块输出的扫频信号经过低通滤波模块进行整形滤波后，其波形振幅稳定在1V并输出至被测网络，采样调理电路内的TILM6554放大器电路作为前级调理电路对被测网络输出的波形进行整形调理后输出至输出波形采样模块，输出波形采样模块通过其内的ADS4128芯片对采样调理电路输出的波形进行波形采样和数据传输至单片机。

根据实际需求直接通过4*4矩阵键盘上的四个功能按键进行功能切换，当选择输出扫频信号功能时，TM4C1294单片机内的信号处理模块接收该信号并控制FPGA模块输出频率由TM4C1294单片机控制的正弦波作为扫频信号，继电器驱动LCD12864液晶显示屏显示其步进值和输出信号幅值；当选择输出点频信号功能时，首先通过4*4矩阵键盘输入点频信号频率信息，TM4C1294单片机内的信号处理模块接收该频率信息并控制FPGA模块输出固定频率的信号，输出波形采样模块进行被测网络增益测量；当选择网络幅频特性测试时，输出波形采样模块通过其内的ADS4128芯片对采样调理电路输出的波形进行波形采样并测量各扫频信号对应的输出网络信号，求得待测网络的幅频特性，并传送至单片机内的存储模块进行保存，继电器驱动LCD12864液晶显示屏显示幅频特性曲线；当选择网络相频特性测试时，FPGA模块测量出代表进出网络信号的相位差的脉冲数并将采集到的数据传送至TM4C1294单片机内的信号处理模块进行信号处理得到对应频率点的相角并保存在存储模块，继电器驱动LCD12864液晶显示屏显示相频特性曲线。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。