简易的频谱分析仪设计毕业论文.doc

简易的频谱分析仪设计毕业论文 目录 摘 要 I Abstract II 1 绪 论 - 1 - 1.1 频谱分析仪的简介 - 1 - 1.2 总体设计方案比较 - 2 - 1.3 底层电路方案比较与选择 - 2 - 1.3.1本机振荡电路 - 2 - 1.3.2 混频电路 - 3 - 1.3.3 滤波电路 - 3 - 1.3.4 检波电路 - 3 - 1.3.5 扫频发生器电路 - 4 - 1.4 本课题研究的意义 - 4 - 1.5 本课题设计思路 - 4 - 2 频谱分析仪的硬件设计 - 6 - 2.1 频谱分析仪的整体结构 - 6 - 2.2 频谱分析仪的各模块电路设计 - 7 - 2.2.1 本机振荡器模块 - 7 - 2.2.2 混频器模块 - 9 - 2.2.3 放大器模块 - 9 - 2.2.4 滤波器模块 - 10 - 2.2.5 检波器模块 - 12 - 2.2.6 扫频发生器模块 - 13 - 2.2.7 电源保护模块 - 16 - 3 软件设计 - 18 - 3.1 软件设计要求 - 18 - 3.2 主程序的软件设计 - 19 - 4 系统调试与指标测试 - 20 - 4.1 硬件调试 - 20 - 4.2 软件调试 - 20 - 4.3 软硬联合调试 - 20 - 4.4 指标测试 - 20 - 4.4.1 仪器测试 - 20 - 4.4.2 指标测试 - 20 - 结 论 - 23 - 致 谢 - 24 - 参考文献 - 25 - 附 录 - 26 - 1 绪 论1.1 频谱分析仪的频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具、、、、、、。因此，应用十分广泛，被称为工程师的射频万用表频谱仪被誉为射频领域的示波器，现代频谱仪不仅具有传统的频谱分析功能，而且通过扩展选件，可以集成功率计、频率计、标量/矢量网络分析仪、信号分析、通信测试仪等众多仪器的主要功能，堪称射频测试的集大成者，拥有一台高性能频谱仪，即可完成大部分射频测试、信号分析功能。现代实时频谱仪的出现，进一步将频谱仪的应用领域扩展到快速变化的瞬态信号测试、实时带宽信号分析中。 传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器。 基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量达到与传统频谱分析仪同样的结果这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样再经FFT处理后获得频谱分布图在这种频谱分析仪中为获得良好的仪器线性度和高分辨率对信号进行数据采集时 ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC亦即原理上仪器可达到2GHz的带宽，为了扩展频率上限可在ADC前端增加下变频器本振采用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几GHz以下的频段使用FFT的性能用取样点数和取样率来表征例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz如果取样点数为2048点则分辨率提高到25Hz。由此可知最高输人频率取决于取样率分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样点数成对数关系频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时要选用高速的FFT硬件或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs而10KHz的1024点的运算时间变为64ms1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时屏幕的反应变慢不适于眼睛的观察,补救办法是减少取样点数使运算时间降低至200ms以下。 方案一：FFT法。这种频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。为获得良好的仪器线性度和高分辨率，ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍。FFT运算时间与取样点数成对数关系，频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时，要选用高速的FFT硬件，或者相应的数字信号处理器(