基于DSP的頻率特性測試儀設計

摘要 基于直接數字頻率合成技術的思想，采用現代數字信號處理和顯示技術，設計了一臺低成本、數字化、智能化的頻率特性測試儀。實現了對20 Hz～150 MHz范圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量。完成了數據存儲、-3曲帶寬計算、峰值查找等功能，幅度檢測精度達到1dBm，相位檢測精度1°等指標。
關鍵詞 DSP；DDS；幅頻測量；相頻測量

傳統掃頻儀的信號源大多采用LC電路構成的振蕩器，大量使用分立元器件來實現各功能，顯示部分采用傳統的掃描顯示器。因此傳統結構的掃頻儀不僅結構復雜、體積龐大、價格昂貴、操作復雜，而且由于各元件分散性大，參數變化容易受外部環境變化影響，精度不高。目前，以Agilent等為代表的儀器生產廠家提供了多種高性能的頻率特性測試儀。但其產品主要集中在射頻、微波等高頻領域，中低頻段的產品相對缺乏。本文基于直接數字頻率合成(DDS)的技術思想，采用DSP和FPGA架構的現代數字信號處理技術，設計了一臺低成本，高度數字化和智能化的頻率特性測試儀，實現了對20 Hz～150 MHz范圍內任意頻段的被測網絡幅頻特性和相頻特性測量和顯示，完成了數據存儲回放和傳輸，-3 dB帶寬計算，峰值查找等功能。幅度檢測精度達到1dBm，相位檢測精度1°的指標。

1 系統組成
頻率特性分析儀主要包括控制和數據存儲處理單元、DDS信號源單元、幅度和相位檢測單元、數據采集單元、顯示及交互接口單元，系統總體框圖如圖1所示。

2 系統設計
2．1 控制與數據處理單元
ADSP—BF532和FPGA(EP1C3)是控制與數據存儲處理單元的核心。DSP通過PPI、SPI和PF接口與FPGA進行雙向數據通信，實現鍵盤讀取，DDS掃描，A／D采集，LCD掃描等功能，通過UART單元與計算機實現數據傳輸和遠程控制。FPGA完成了TFT_LCD和VGA同步顯示時序轉換、鍵盤掃描、SPI通信和信號分配等功能。另外，DSP通過EBIU單元連接AM29LV800和MT48L32M16分別作為程序與工作狀態存儲器和數據存儲與顯示緩存。工作原理如圖2所示。