一种频谱仪的制作方法

本实用新型涉及测量技术领域，特别涉及一种频谱仪。

背景技术：

对于电子器件行业的发展起到非常重要的作用，对于一些电子仪器的bug通过可以通过信号检测查看其频域，并通过检测频率和扫宽等参数来测试电子仪器出现的错误；扫描时间即进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间，也叫分析时间，通常扫描时间越短越好，但为保证测量精度，扫描时间必须适当，与扫描时间相关的因素主要有频率扫描范围、分辨率带宽等；

目前市场上的频谱仪核心硬件主要是单片机，单片机的处理速度较慢容易使得信号波不稳定，其次，不能通过多级混频得到所需要的固定的中频进行后续处理，最后市场上的频谱仪工作扫描的方式过于单一，步骤过于繁琐，不能实时的根据情况选择扫描模式，无法适应现今电子行业发展的需求，急需对现有技术进行改革。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种频谱仪，以有效改善的频谱仪的处理速度和扫描方式。

第一方面，本实用新型实施例提供的一种频谱仪。

在一些可选实施例中，包括包装外壳，所述包装外壳内部设置有集成电路板，且集成电路板又包括主控电路板和辅控电路板，所述辅控电路板通过排线和主控电路板电连接，所述主控电路板主要包括fpga(现场可编程门阵列)、arm和dsp(数字信号处理器)，fpga作为核心处理器，arm用于连接按键和显示屏等作为辅助处理器，且dsp用于连接辅控电路板用于数字信号处理；

所述包装外壳上端的左侧和右侧分别设置有射频信号输入端口和射频信号输出端口，且射频信号输入端口电连接辅控电路板的信号输入端，射频信号输出端口电连接辅控电路板的信号输出端，射频信号输入端口用于接入外部信号输入，射频信号输出端口用于外接外部信号设备输出。

采用本可选实施例，主控电路板集成有fpga、arm和dsp，处理速度方面大大提高了，相互之间分工明确，提高了工作效率。

结合第一方面，本实用新型实施例还提供了第一方面的第一种可选实施方式，其中，所述辅控电路板为射频控制电路板，主要集成有滤波器、混频器、本振、放大器和射频连接器等，所述滤波器又包括低通滤波器、带通滤波器、声表面滤波器和抗混叠滤波器，用于在不同阶段进行滤波，分别得到第一中频、第二中频和第三中频；

可选的，所述本振包括第一本振、第二本振和第三本振。

可选的，第一本振由一个4～8g的vco组成，输出分为三路。

可选的，第二本振由一个3310mhz的pll(锁相环)构成，vco输出分为两路。

可选的，第三本振由一个800mhz的锁相环(pll)构成，vco输出分为两路：

可选的，所述射频信号输出端口内置有跟踪发生器的信号输出端口，用于测量被测设备的反射和发射特性，从而确定被测的无源或者有源设备的频率特性。

可选的，所述射频控制电路板设有功率保护电路，所述运放由一级放大器和二级放大器构成。

采用本可选实施例，对射频控制电路板进行了特别设计，使得射频输入信号通过三级混频后，最终得到10.7mhz的中频，送给数字中频部分处理，在射频信号(9khz～3ghz)输入端，设置的一个1μf/100v的隔直电容保证了射频输入端口可以输入最大50v的直流电压而不会损坏电路；功率保护电路保证端口允许输入不超过+37db的大功率信号不烧毁，保护后续电路，运放使得预放的放大量可以达到22db，提高了仪器的测量范围。

结合第一方面或第一方面的第一种可选实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第二种可选实施方式，其中，所述包装外壳中间上半部分设置有显示屏，所述显示屏通过排线与主控电路板中的arm电连接，用于显示被测信号的频率、扫宽等波形；

所述包装外壳中间下半部分设置有按键,所述包装外壳的前侧左下角设有电源按键，所述包装外壳的后侧右下角设有电源插孔，所述按键主要包括菜单按键、功能按键、数字按键、旋转旋钮和方向按键，所述按键电连接主控电路板，用于调整和设置的各种参数。

所述按键电连接主控电路板中的arm，用于接收按键的信号指令，并将信号指令传送给主控电路板的主控芯片，菜单按键主要用于功能切换进入下一级菜单；功能按键主要用于设置内的各种功能参数，进一步，所述功能按键中设有sweep功能按键，用于设置扫描和触发参数,所述功能按键中设有mode功能按键,通过设置mode功能按键的切换实现扫描模式为单次扫描模式或连续扫描模式；数字按键主要用于设置参数和编辑文件或文件夹名称；在参数可编辑状态，旋转旋钮将以指定步进增大或减小参数，而方向按键可用于按一定的步进递增或递减参数值。

采用该可选实施例，通过mode按键可以选择扫描模式为单次扫描或者为连续扫描，使得在测量时可以根据实际需求进行合理的选择扫描模式，并且单次扫描还可以设置扫描次数，使用会更加方面。

结合第一方面或第一方面的第一种可选实施方式，本实用新型实施例还提供了第一方面的第四种可选实施方式，其中，所述包装外壳的左侧面板设置有连接接口，所述连接接口包括usbdevice接口、wan接口、usb接口和电源接口，所述usbdevice接口电连接主控电路板，用于与计算机的连接传输和处理测量数据；所述wan接口电连接主控电路板，用于将连接至局域网中以对其进行远程控制；所述usb接口电连接主控电路板，是与外围设备的连接接口，用于与外部设备(如u盘)进行连接，所述电源接口外接电源插座，提供电源。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的整体结构框图；

图2示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的集成电路板结构框图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的输入端口功率保护电路电路图；

图4示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的射频输入信号三级混频的过程框图；

图5示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的功能按键结构框图；

图6示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的数字按键结构框图；

图7示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的连接接口结构框图；

图8示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的工作模式为单次扫描模式的流程图；

图9示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的工作模式为连续扫描模式的流程图；

图10(a)示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的一级混频电路图；

图10(b)示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的二级混频电路图；

图10(c)示出了本实用新型实施例提供的一种频谱仪实施例的三级混频电路图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用，其中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术中不能够通过多级混频处理最后得到指定赫兹的中频信号送给数字中频部分处理，以及工作扫描的方式过于单一，不能实时的根据情况选择扫描模式的缺点，本实用新型实施例提供了一种频谱仪。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种频谱仪的可选实施例。

参考图1和图2，图1给出了频谱仪整体的可选结构，图2给出了集成电路板的一个可选结构，本实施例的包括包装外壳101，所述包装外壳101内部设置有集成电路板102，且集成电路板102又包括主控电路板103和辅控电路板104，所述辅控电路板104通过排线和主控电路板103电连接，所述主控电路板103主要包括fpga(现场可编程门阵列)、arm和dsp(数字信号处理器)，fpga作为核心处理器，arm用于连接按键和显示屏等作为辅助处理器，且dsp用于连接辅控电路板104用于数字信号处理；

可选的，主控电路板103中的fpga使用的是型号为xc6slx16芯片处理器，处理速度快，而且提供了丰富的多功能引脚供外界模块使用，具体的，可以直接将xc6slx16芯片的gclk引脚连接到输出引脚当做普通io引脚，从而实现多路pwm输出。

可选的，主控电路板103中的arm使用的是型号为s3c2416芯片处理器，价格实惠且性价比高，通过gpio(普通串口)口与按键、usb口等连接，使用方便。

可选的，主控电路板103中的dsp使用的是型号为adsp-21353bbc芯片处理器，主要用于对数字信号的处理，且设有1436mb的外部存储器，可用于对信号的存储。

参考图1和图3，图1给出了频谱仪整体的可选结构，图3给出了输入端口功率保护电路，在本可选实施例中，所述包装外壳101上端的左侧和右侧分别设置有射频信号输入端口121和射频信号输出端口122，且射频信号输入端口121电连接辅控电路板104的信号输入端，射频信号输出端口122电连接辅控电路板104的信号输出端，射频信号输入端口121用于接入外部信号输入，射频信号输出端口122用于外接外部信号设备输出；

可选的，射频信号输入端口121接入外部信号输入，且当频率范围为100khz到3.2ghz时能够保证仪器指标；频率范围为9khz到100khz时，不保证仪器指标；

可选的，所述射频信号输出端口122内置有跟踪发生器的信号输出端口，用于测量被测设备的反射和发射特性，从而确定被测的无源(例如带通滤波器)或者有源设备(例如放大器)的频率特性。

可选的，在射频信号输入端口121，设有一个1μf/100v的隔直电容，使得射频输入端口可以输入最大50v的直流电压而不会损坏电路。

可选的，在射频信号还设有输入端口功率保护电路，当正向电压过大时导通二极管cr2、cr3接地，反向电压过小截止cr4、cr7接地,用于保证端口允许输入不超过+37db的大功率信号不烧毁，保护后续电路。

参考图4、图10(a)、图10(b)和图10(c)，在本可选实施例中，所述辅控电路板104为射频控制电路板，主要集成有滤波器、混频器、本振、放大器和射频连接器等，所述滤波器又包括低通滤波器、带通滤波器、声表面滤波器和抗混叠滤波器，其中，射频输入信号经过3ghz的低通滤波器后，进入第一混频器，与第一本振(4120.7mhz～7320.7mhz)混频后得到第一中频(4120.7mhz)，第一中频经过放大后，再经过一带宽200mhz中心频率为4120.7mhz的带通滤波器后，进入第二混频器；在第二混频器与第二本(3310mhz)混频后得到第二中频(810.7mhz)，经过放大后，通过二级带宽为4mhz中心频率为810.7mhz的声表面滤波器后，进入第三混频器；在第三混频器与第三本振(800mhz)混频后得到第三中频(10.7mhz)，经过一个带宽为2mhz的抗混叠滤波器，再经过一级运放放大后通过开关切换分为两路：一路为宽带通路，带宽为2mhz，在扫频模式下中频信号通过此路，一路为窄带通路，带宽为300khz，由两级带宽为300khz的陶瓷滤波器构成，在fft模式下中频信号通过此路，输出的中频信号通过运放再次放大后经mmcx的射频连接器送往射频信号输出端口输出。

可选的，第一本振由一个4～8g的vco组成，输出分为三路：一路通过放大后送去第一混频器混频；一路通过放大后反馈回集成锁相环锁相；一路送去实现跟踪源的功能。

可选的，第二本振由一个3310mhz的pll(锁相环)构成，vco输出分为两路：一路通过放大后送去第二混频器混频；一路经放大后送去集成频率合成芯片锁相。

可选的，第三本振由一个800mhz的锁相环(pll)构成，vco输出分为两路：一路通过放大后送去第三混频器混频；一路经放大后送去集成频率合成芯片。

可选的，从第一本振耦合过来的本振信号(4125.7mhz～7320.7mhz)与跟踪本振(4120.7mhz)在跟踪混频器混频，得到跟踪信号(5mhz～3000mhz)，经过滤波、放大后输出。

可选的，在辅控电路板104还设有一个cpld(复杂可编程逻辑器件)，用来实现cpu发送过来的串行控制命令对各个功能模块的控制和cpu读取各个功能模块的状态；还设有一个flashrom用来实现射频部分校准数据和版本信息等的存储；还设有一个数字温度传感器用来使cpu了解射频板的温度，实时根据当前温度调用不同的校准数据。

参考图1图5和图6，图1给出了频谱仪整体的可选结构，图5给出了功能按键具体结构，图6给出了数字按键的具体结构，在本可选实施例中，所述包装外壳中间上半部分设置有显示屏131，所述显示屏131通过排线与主控电路板103中的arm电连接，用于显示被测信号的频率、扫宽等波形；

所述包装外壳101中间下半部分设置有按键，所述按键主要包括菜单按键132、功能按键133、数字按键134、旋转旋钮135和方向按键136，所述按键电连接主控电路板103，用于调整和设置的各种参数。

可选的，所述按键电连接主控电路板103中的arm，用于接收按键的信号指令，并将信号指令传送给主控电路板103的主控芯片，

可选的，菜单按键132主要用于功能切换进入下一级菜单。

可选的，功能按键133主要用于设置内的各种功能参数，其中，所述功能按键133中设有的sweep功能按键，用于设置扫描和触发参数，功能按键133中设有mode功能按键用于选择模式，通过设置mode功能按键的切换实现扫描模式为单次扫描模式或连续扫描模式。

可选的，数字按键134主要用于设置参数和编辑文件或文件夹名称；其中，所述数字按键134中设有的enter按键，在参数输入过程中，按下enter按键将结束参数输入，并为参数添加默认的单位；当在编辑文件名时，enter按键还用于输入当前光标选中的字符；所述数字按键134中还设有的esccancel按键，esccancel用于在参数输入过程中，按下esccancel按键将清除活动功能区的输入，同时退出参数输入状态；当在编辑文件名时，按下esccancel按键清除输入栏的字符；当显示屏显示主测量画面时，esccancel按键用于关闭活动功能区显示；当在按键测试状态，esccancel按键用于退出当前测试状态；当显示屏锁定时，esccancel按键用于解锁。

可选的，在参数可编辑状态，旋转旋钮135将以指定步进增大或减小参数，而方向按键可用于按一定的步进递增或递减参数值。

可选的，菜单按键132类型按执行方式的不同可分为6种：

a.参数输入型：按相应的菜单按键，可直接使用数字键输入数字改变参数值，例如：选中“中心频率”，通过数字键输入数字后，选择合适的单位即可改变中心频率；

b.功能切换型：按相应的菜单按键，可切换菜单项的子选项，例如：按“信号追踪”，可在打开/关闭信号追踪功能之间切换；

c.进入下一级菜单(带参数型)：按相应的菜单按键，进入当前菜单的下一级子菜单，改变子菜单的选项中，在返回时会改变父菜单所带参数的类型，例如：按y轴单位，进入下一级子菜单，选中dbm后再返回上层菜单，即改变y轴单位为dbm；

d.进入下一级菜单(不带参数型)：按相应的菜单按键，进入当前菜单的下一级子菜单，例如：按“显示”，直接进入下一级菜单；

e.功能切换+参数输入型：按相应的菜单按键，执行功能切换；菜单选中后，可直接用数字键输入数字改变参数，例如：按“中频步长”切换选择自动或手动，选择手动可直接输入数字改变中频步长；

f.选中状态型：按相应的菜单按键，修改参数，例如：按“marker”“常态”选中常态，表明此时marker处于常态状态；

参考图7给出了连接接口的结构，在本可选实施例中，所述包装外壳101的左侧面板设置有连接接口，所述连接接口包括usbdevice接口141、wan接口142、usb接口143和电源接口144，所述usbdevice接口141电连接主控电路板103，用于与计算机的连接传输和处理测量数据；所述wan接口142电连接主控电路板103，用于将连接至局域网中以对其进行远程控制；所述usb接口143电连接主控电路板103，是与外围设备的连接接口，用于与外部设备(如u盘)进行连接；

根据本实用新型实施例的第二方面，本实用新型提供了一种频谱仪通过按键操作扫描工作模式的可选实施例。

参考图8和图9，图8给出了工作模式为单次扫描模式的流程图，图9给出了工作模式为连续扫描模式的流程图。

本可选实施例包括：通过mode功能按键选择扫描模式为单次扫描模式或连续扫描模式，并且显示屏左侧有相应的参数图标与所选模式对应；

若通过mode按键选择单次扫描模式，单次扫描模式下，需先执行触发初始化，再判断触发条件，单次扫描模式下，菜单按键132用于执行触发初始化，执行触发初始化之后，当触发条件满足时仪器执行指定次数的扫描或测量。

若通过mode按键选择连续扫描模式，系统自动发送触发初始化信号，并且在每次扫描结束后，直接进入触发条件判断环节。

结合第二方面，本实用新型实施例还提供了第二方面的第一种可选实施方式，其中，将扫描模式设置为连续扫描，swp参数图标中的“cont”表示连续，可选的，如果当前系统处于连续扫描模式，且未处在测量状态，选择该菜单后则系统进入单次扫描模式，并在触发条件满足时执行指定次数的扫描；

可选的，如果当前系统处于连续扫描模式，且处在测量状态，选择该菜单将测量模式设为单次，并在触发条件满足时执行指定次数的测量,将扫描模式设置为单次扫描时，swp参数图标中的数字即表示当前扫描的次数。

结合第二方面或第二方面的第一种可选实施方式，本实用新型实施例还提供了第二方面的第二种可选实施方式，其中，还包括：

可选的，如果当前系统已经处于单次扫描模式，选择该菜单则在触发条件满足时执行指定次数的扫描(或测量)。

可选的，如果当前系统处于单次扫描模式，且未处在测量状态，按下该键后系统进入连续扫描模式，并在触发条件满足时执行连续扫描。

可选的，如果当前系统处于单次扫描模式，且处在测量状态，按下该键后系统进入连续扫描模式，并在触发条件满足时执行连续测量。

结合第二方面或第二方面的第一种可选实施方式，本实用新型实施例还提供了第二方面的第三种可选实施方式，其中还包括：选择单次扫描模式或者连续扫描模式，均需要设置触发的扫描时间参数和触发条件，触发条件主要包括视频触发和外部触发。

可选的，当检测到的视频信号电压超出设置的视频触发电平时，产生触发信号，非零扫宽、零扫宽时的“有效值平均”或“电压平均”检波方式下，视频触发方式不可用；设置视频触发时的触发电平时，显示屏中会显示触发电平线tl及触发电平的值，可以用数字键、旋转旋钮或方向按键修改触发电平，触发电平默认值为0dbm，设置范围可设置-300dbm～50dbm，旋转旋钮步进1dbm，方向按键步进10dbm

可选的，通过后面板triggerin连接器输入一个外部信号(ttl信号)，当该信号满足所设置的触发边沿条件时，产生触发信号。

结合第二方面或第二方面的第一种可选实施方式，本实用新型实施例还提供了第二方面的第三种可选实施方式，其中还包括：在选择单次扫描模式中，还需要设置再次扫描次数，执行单次扫描时，系统执行指定次数的扫描，并且显示屏左侧状态图标中的数值发生变化，默认值扫描次数为1次，扫描次数的设置范围是1-9999次，旋转旋钮步进为1，方向按键步进也为1。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。