基于AD9854和FPGA的頻率特性測試儀

　　摘要：基于零中頻正交解調原理的頻率特性測試儀，用于檢測被測網絡的幅頻特性和相頻特性。系統采用集成數字直接頻率合成器AD9854產生雙路恒幅正交余弦信號，作為掃頻信號源，以FPGA為控制核心和運算平臺，結合濾波器、放大器、混頻器及ADC電路，實現對雙端口網絡在1-40MHz頻率范圍內頻率特性的點頻和掃頻測量，并在LCD屏上實時顯示相頻特性曲線和幅頻特性曲線。

　　引言

　　AD9854數字合成器是高度集成的器件，它采用先進的DDS技術，片內整合了兩路高速、高性能正交D/A轉換器，在高穩定度時鐘的驅動下，AD9854可產生頻率穩定、相位、幅度可編程的正弦和余弦信號。基于這個特性，AD9854非常適合作網絡頻率特性測試儀的信號源。采用FPGA控制AD9854的信號輸出和ADS7813的采樣時序，靈活方便，FPGA有豐富的邏輯資源和高速運算能力，提高了系統的實時性。

　　1 系統原理及方案設計

　　1.1 系統原理

　　　　

       　　

　　1.2 系統總體設計

　　系統由集成DDS芯片AD9854產生兩路頻率范圍為1MHz-40MHz的正交恒幅掃頻信號，經無源巴特沃斯低通濾波器濾波后由寬帶運算放大器放大輸出。將一路信號作為待測網絡的信源，再將待測網絡的輸出信號分別與掃頻信號源產生的兩路正交信號混頻，分別由低通濾波器濾除高頻信號得到直流信號，由兩個AD分別采集后送入FPGA進行數據處理得到被測網絡輸出信號幅度和相位，同時顯示測得網絡參數并畫出幅頻特性曲線和相頻特性曲線。系統整體框圖如圖1所示。

　　2 電路設計

　　2.1 DDS掃頻信號源

　　AD9854的DDS核具有48位的頻率分辨率(在300M系統時鐘下，頻率分辨率可達1uHz)，輸出14位相位截斷保證了良好的無雜散動態范圍指標。由于時鐘為300MHz時，產生40MHz信號一個周期內只有7個點，因此設計一個7階無源橢圓低通平滑濾波器可以使波形無明顯失真，實際得到的信號信噪比大于40dB。橢圓濾波器用軟件Filter Solution 設計，如圖2所示。

　　2.2 放大器

　　AD9854產生的信號幅度較小，不滿足要求，需要放大。信號頻率較高，選用TI公司的寬帶放大器OPA847，OPA847增益帶寬積高達3.9GHz，輸入失調電壓為0.6mV，噪聲系數僅為1.2nV/√Hz ，非常適合此處高頻信號的放大。采用同相放大方式，將信號放大到合適的大小，且保證信號源產生的兩路信號幅度一致。