2017全国大学生电子设计竞赛H题.pdf

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1、.2017年全国大学生电子设计竞赛远程幅频特性测试仪（H题）'..2017年08月12日摘要本幅频特性测试装置采用STM32F407为主控芯片，通过集成DDS芯片AD9959作为信号源，实现了幅度和频率的动态可调；通过级联两块AD8367作为放大器，实现了增益0-40dB连续可调,具有较好的噪声抑制效果；通过AD8310对数检波模块，实现了不同频率信号幅度的测量，并且能够定性的绘制出幅频特性曲线.关键词：幅频特性测试装置；DDS；VGA；低噪；对数检波AbstractTheamplitudefrequencycharacteristictestdeviceusesS

2、TM32F407asthemaincontrolchip,throughtheintegratedDDSchipAD9959asthesignalsource,toachievetheamplitudeandfrequencyofthedynamicadjustable;throughthecascadeoftwoAD8367asanamplifier,toachieveagainof0-40dBcontinuouslyadjustable,Withgoodnoisesuppressioneffect;throughtheAD8310logarithmicdetec

3、tionmodule,toachieveadifferentfrequencysignalamplitudemeasurement,andcanqualitativelydrawtheamplitudeandfrequencycharacteristicsofthecurve.'..Keyword:amplitudefrequencycharacteristictestdevice；DDS;VGA;lownoise；logarithmicdetection'..目录一．方案论证１．１方案比较与选择１．２方案描述二．理论分析与计算２．１DDS模块２．２放大器模块２．３

4、幅值测量模块2.4π型衰减网络三．电路与程序设计３．１电路设计３．2程序设计四．测试方案与测试结果五．结论'..远程幅频特性测试装置（H题）一.系统方案1.方案比较与选择1）信号源模块：方案一：采用直接数字频率合成（DDS）方案。DDS技术具有输出频率相对较宽，频率转换时间短，频率分辨率高，全数字化结构便于集成，以及相关波形参数（频率、相位、幅度）均可实现程控的优点。方案二：采用锁相环间接频率合成方案。锁相环频率合成在一定程度上解决了既要求频率稳定精确、又要求频率在较大范围可调的矛盾。但输出频率易受可变频率范围的影响，输出频率相对较窄，不能满足题目1MHz-40MH

5、z的高频要求。采用集成芯片AD9855或FPGA可实现题目对扫频信号源的要求。因此选用方案一。2）连续可调放大器模块方案一：可切换的多级放大电路。由运算放大器和模拟开关控制的电阻网络组成。实现方法相对简单，但模块电路庞大，级数增加系统较为冗余且稳定度降低。方案二：基于低噪声运算放大器AD8099的级联可控增益放大器。使用低噪声运算放大器AD8099搭建两级可控增益放大器，每级增益从0到20dB,通过两级运算放大器级联得到满足题目要求的0到40dB连续可调放大器模块。但使用AD8099搭建的放大电路增益不够稳定，带内波动较为严重,且低增益或高增益时系统容易自激。'..

6、方案三：基于VCA821搭建的可控增益放大器模块。使用VCA821搭建VGA模块来实现本题所需功能，但芯片较为昂贵且不满足题目部分要求。方案四：基于AD8367的可控增益放大器模块。使用两片AD8367搭建满足题目要求的连续可调的放大器模块。AD8367具有良好的线性增益曲线，且增益稳定，带内波动幅度小，并能使用5V单电源综上可知，虽然AD8367噪声系数相较于AD8099等低噪放偏大，但属于接受范围并且易于解决。AD8367电路简单，搭建方便，供电方便，故本系统最终采用方案四。3）滤波器模块方案一：有源滤波器。使用运算放大器搭建本题所需带通或低通有源滤波器。能够有

7、效的抑制谐波。但搭建较为复杂，调试麻烦。方案二：无源滤波器使用LC网络搭建无源滤波器。无源滤波器具有结构简单，成本低廉，运行可靠性较高，搭建和调试更为快捷。故本方案选择无源LC网络。系统总框图如下：主控DDS放大器MCU滤波除噪'..锯齿波示波器检波测幅幅频特性图图1系统框图'..二.理论分析与计算1.信号源模块AD9959具有四个DDS内核，每个内核由32位相位累加器和相位到幅度转换器组成。当相位累加器被计时并且相位增量值（频率调谐字）大于0时，这些数字模块一起产生数字正弦波。相位到幅度转换器同时将相位信息转换为幅度信息cos（θ）操作。每个DDS通道的输出频