简易频率特性测试仪
简易频率特性测试仪电子竞赛
简易频率特性测试仪（E题）一、系统方案本系统主要由正交扫频信号源模块（DDS）、被测网络模块、乘法器模块、低通模块、显示模块、电源模块组成，最终通过液晶显示出幅频和相频曲线。
1.1 正交扫频信号源模块的论证与选择方案一：使用FPGA编程，运用DDS原理产生系统所需波形信号源。
此法成本低廉，但其性能受晶振频率精度限制较大，外部对应处理电路较为复杂。
方案二：采用锁相环（PLL）频率合成信号源,PLL频率合成器的输出频率可以按需要步进地变化，锁定后，其输出频率可以达到与参考频率同量级的频率精度和稳定度。
但其电路连接较为复杂，频率调整麻烦。
方案三：使用集成DDS芯片AD9854模块实现扫频波形发生，操作简单，频率精度与范围都可达到较高，波形稳定度高。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.2 控制系统的论证与选择方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。
CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。
但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。
同时，CPLD的处理速度非常快，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。
方案二：采用MSP430F249单片机作为主控制器。
MSP430F249是一个超低功耗，和其他F14x系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，内部自带ADC12模数转换模块，有6组I/O口，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉。
综合以上三种方案，选择方案三。
二、系统理论分析与计算2.1 正交扫频信号源的分析正交扫频信号源主要是由AD9854芯片构成的，AD9854数字合成器是高集成度的器件，它采用先进的DDS技术，片内整合了两路高速、高性能正交D/A转换器通过数字化编程可以输出I 、Q 两路合成信号。
在高稳定度时钟的驱动下，AD9854将产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号，作为本振用于通信，雷达等方面。
频率测试仪操作方法
频率测试仪操作方法频率测试仪操作方法频率测试仪是一种用于测试电源频率的设备。
对于电力系统和智能家居等领域，频率测试仪具有非常重要的作用。
它可以测试出电源的频率，并向用户提供可靠的测量数据，以确保其相关设备的正常运行。
因此，频率测试仪的正确使用非常重要。
本文将介绍频率测试仪的相关操作方法。
一、仪器安装在使用频率测试仪时，应首先将其正确安装。
首先选择一个通风良好、无尘的场所，避免阳光直射和潮湿环境，并确保设备稳定。
其次，应将频率测试仪的电源与电源线、地线相连接，并注意接线正确无误。
最后，应将频率测试仪的探针按照使用指南连接到被测电源上，确保探针间保持良好的接触。
二、仪器校准频率测试仪有时需要进行校准，保证测试结果的准确性。
在校准前应仔细读取仪器说明书，确保操作正确。
常见的校准方式包括零点校准和满度校准。
零点校准是将频率测试仪置于无频率测量时，手动调整仪器指针或数字显示，让其指向0。
而满度校准是将频率测试仪置于已知标准频率电源上，调整探针或旋钮，使仪器指针或数字显示指向标准频率值。
三、仪器测试频率测试仪的测试对象一般为交流电源，因此在测试前应检查被测电源的电压、电流和电源周围环境，并确认安全后方可进行测试。
测试时应将仪器显示设为频率测量模式，接触被测电源，根据使用说明书对电源频率进行测量，并记录测量数据。
测试完毕后，应关闭仪器电源，断开与电源的连接，并将频率测试仪恢复到待机状态。
四、注意事项在操作频率测试仪时，有一些注意事项需要注意。
首先，应避免操作过程中将仪器放置在潮湿、高温或寒冷的环境中。
其次，应避免在电源测量时触碰探针，并注意探针插头的大小，确保安全接地。
最后，在频率测试仪校准和操作过程中，应仔细阅读说明书，按照要求进行操作，以免发生操作失误或导致设备的损坏。
本文介绍了频率测试仪的相关操作方法，包括仪器安装、校准、测试和注意事项等。
掌握这些方法可以帮助使用者提高频率测试仪的使用效果和测试数据的准确性，确保设备的长期正常运行。
频率特性测试仪的设计
频率特性测试仪的设计1引言频率特性是一个网络性能最直观的反映。
频率特性测试仪用于测量网络的幅频特性和相频特性，是根据扫频法的测量原理设计，是一种快速、简便、实时、动态、多参数、直观的测量仪器，可广泛应用于电子工程等领域。
由于模拟式扫频仪价格昂贵，不能直接得到相频特性，更不能打印网络的频率响应曲线，给使用带来诸多不便。
为此，设计了低频段数字式频率特性测试仪。
该测试仪采用数字直接频率合成技术专用的集成电路AD9851产生扫频信号，以单片机和FPGA为控制核心,通过A/D和D/A转换器等接口电路，实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显等。
该系统成本低廉，扫频范围较宽(10 Hz〜1MHz), 可方便地与打印机连接，实现频率特性曲线的打印。
2多功能计数器设计方案2.1幅频和相频特性测量方案方案1：利用公式H(s)=R(s)/E(s),以冲击函数为激励，则输出信号的拉氏变换与系统函数相等。
但是产生性能很好的冲击函数比较困难，需要对采集的数据做FFT变换，需要占用大量的硬件和软件资源，且精度也受到限制。
方案2：扫频测试法。
当系统在正弦信号的激励下，稳态时，响应信号与输入激励信号频率相同，其幅值比即为该频率的幅频响应值，而两者的相位差即为相频特性值。
采用频率逐点步进的测试方法。
无需对信号进行时域与频域的变换计算，通过对模拟量的测量与计算完成，且精度较高。
综上所述，选择方案2。
2.2扫描信号产生方案方案1：采用单片函数发生器。
其频率可由外围电路控制。
产生的信号频率稳定度低，抗干扰能力差，灵活性差。
方案2：采用数字锁相环频率合成技术。
但锁相环本身是一个惰性环节，频率转换时间长，整个测试仪的反应速度就会很慢,而且带宽不高。
方案3：采用数字直接频率合成技术(DDFS)。
以单片机和FPGA为控制核心，通过相位累加器的输出寻址波形存储器中的数据，以产生固定频率的正弦信号。
该方案实现简单，频率稳定，抗干扰能力强。
频率特性测试仪工作原理
频率特性测试仪工作原理1、扫频仪工作原理扫频仪实质上是扫频信号源与示波器X-Y方式的结合。
其组成框图及工作波形如图1所示。
图1 扫频仪组成框图及工作波形扫频信号源，即频率受控振荡器，在扫描信号u1掌握下产生扫频信号u3。
扫描信号源产生的扫描信号u1、扫频起停掌握信号u2分别是扫频信号源的频率掌握信号及停振掌握信号，u1还是示波器的水平扫描信号。
当扫频信号u3为锯齿波电压时，由于正程扫描速度慢，回程扫描速度快，使得扫描正程、扫描回程得到的波形不重合而无法观测，当扫频信号u3为正弦波电压号，u3在扫描回程时停振，使显示出的波形为被测波形和用作水平轴的水平回扫线的组合。
检波探头用于解调出经过被测电路的扫频信号的振幅（包络）变化状况，得到被测电路的幅频特性曲线。
频标形成电路用于产生进行频率标度的频标信号，以便读出各点对应的频率值。
2、产生扫频信号的方法产生扫频信号的方法许多，比较常用的是变容二极管扫频。
图2为变容二极管扫频振荡器原理图，其中VT1组成电容三点式振荡器，变容二极管VD1、VD2与L1、L2及VT1的结电容组成振荡回路，C1为隔直电容，L3为高频扼流圈。
调制信号经L3同时加至变容管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生扫频信号。
图 2 变容二极管扫频振荡器原理图变容二极管变容二极管：又称“可变电抗二极管”。
是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依靠关系及原理制成的二极管。
所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采纳外延工艺技术。
反偏电压愈大，则结电容愈小。
主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。
BT-3G型频率特性检验仪为卧式便携通常扫频仪
一、概述：BT-3GⅢ型频率特性测试仪为卧式便携通用扫频仪，它利用矩形内刻度示波管作为显示器，直接显示被测设备的频率特性曲线。
应用该仪器快速测量或调整甚高频段的各种有源无源网络的幅频特性和驻波特性，特别适用于广大科研院校、军工、企业、广播电视等单位，用作教学、科研和生产。
该仪器是对BT-3GⅡ扫频仪的改进，除保持原有的性能指标外，增加了“全扫、窄扫、点频”等功能，实现了全景扫频，特别适用于宽带测试要求，也可进行窄带扫频，可点频输出作为信号源之用，使用更加方便，仪器结构排列紧凑、合理、便于维修，功耗低、外形美观，面板为彩色印刷，功能分区。
二、技术参数1、扫频范围：1～300MHz/1～450MHz/1～650MHz2、扫频宽度：全扫：1～300MHz中心频率150MHz窄扫：最大频偏≥100MHz，最小频偏≤1MHz、1～300MHz连续可调。
点频：1～300MHz连续可调，输出正弦波。
3、扫频非线性：不大于1：1.24、输出电压：0.5V（3.33mW）±10%。
5、输出平坦度：1～300MHz范围内，0dB衰减时全频段优于±0.25dB。
6、输出衰减器：0～70dB，1dB步进。
7、输出阻抗：75Ω8、频率标记：50MHz、10MHz、1MHz复合及外接三种，外接频标灵敏度优于300mV。
9、显示部分垂直灵敏度：优于10mVp-p/Cm.10．显示部分输入阻抗：470KΩ。
11．显示屏幕有效尺寸：100×8㎜2（内刻度）。
12．仪器消耗功率：不大于40VA。
13．仪器使用电源：AC220V±10% 50Hz±2Hz114．仪器外形尺寸：320×130×380mm重量：8Kg。
15．仪器使用环境：按GB6587.1中Ⅱ仪器规定使用，极限温度为―10℃～50℃相对湿度80%RH。
±15150V1500V1、电源部分由电源变压器次级取出的各路交流电压，低压经整流稳压产生±15V，＋24V电压供控制部分扫频、频标单元，Y通道使用。
频率特性测试仪的使用
频率特性测试仪的使用一,实验目的1,了解频率特性测试仪的工作原理和结构;2,了解调谐放大器的幅频特性;3,掌握正确设置频率特性测试仪的各项参数;4,掌握频率特性测试仪的实际操作和应用方法;二,实验设备及器材1,频率特性测试仪(以BT3系列为例) 1台2,电缆探头 1套3,隔直电容(510pF),隔离电阻各1只4,电源及附属设备 1套5,被测网络(中频放大器) 1套6,连接线若干三,实验原理(说明)1,频率特性测试仪的工作原理频率特性测试仪(简称扫频仪),主要用于测量网络的幅频特性.它是根据扫频法的测量原理设计而成的.简单地说,就是将扫频信号源和示波器的X-Y显示功能结合在一起,用示波管直接显示被测二端网络的频率特性曲线,是描绘网络传递函数的仪器.这是一种快速,简便,实时,动态,多参数,直观的测量仪器,广泛地应用于电子工程等领域.例如,无线电路,有线网络等系统的测试,调整都离不开频率特性测试仪.频率特性测试仪主要由扫频信号发生器,频标电路以及示波器等组成,其组成框图如图6-4中的虚线框内所示.检波探头(扫频仪附件)是扫频仪外部的一个电路部件,用于直接探测被测网络的输出电压,它与示波器的衰减探头外形相似(体积稍大),但电路结构和作用不同,内藏晶体二级管,起包络检波作用.由此可见,扫频仪有一个输出端口和一个输入端口:输出端口输出等幅扫频信号,作为被测网络的输入测试信号;输入端口接收被测网络经检波后的输出信号.可见,在测试时频率特性测试仪与被测网络构成了闭合回路.扫频信号发生器是组成频率特性测试仪的关键部分,它主要由扫描电路,扫频振荡器,稳幅电路和输出衰减器构成.它具有一般正弦信号发生器的工作特性,输出信号的幅度和频率均可调节.此外它还具有扫频工作特性,其扫频范围(即频偏宽度)也可以调节.测量时要求扫频信号的寄生调幅尽可能小.2,频率特性测试仪的应用(1)检查示波器部分检查项目有辉度,聚焦,垂直位移和水平宽度等.首先接通电源,预热几分钟,调节"辉度,聚焦,Y轴位移",使屏幕上显示度适中,细而清晰,可上下移动的扫描基线. (2)扫频频偏的检查:调整频偏旋钮,使最小频偏为±0.5MHz,最大频偏为±7.5MHz.(3)输出扫频信号频率范围的检查:将输出探头与输入探头对接,每一频段都应在屏幕上显示一矩形方框.频率范围一般分三档:0～75MHz,75～50MHz,150～300MHZ,用波段开关切换.(4)检查内,外频标检查内频标时,将"频标选择"开关置"1MHZ"或"10MHZ"内频标,在扫描基线上可出现1MHZ或10MHZ的菱形频标,调节"频标幅度"旋钮,菱形频标幅度发生变化,使用时频标幅度应适中,调节"频偏"旋钮,可改变各频标间的相对位置.若由外频标插孔送入标准频率信号,在示波器上应显示出该频率的频标.(5)零频标的识别方法频标选择放在"外接"位置,"中心频率"旋钮旋至起始位置,适当旋转时,在扫描基线上会出现一只频标,这就是零频标.零频标比较特别,将"频标幅度"旋钮调至最小仍出现.(6)检查扫频信号寄生调幅系数用输出探头和输入探头分别将"扫频信号输出"和"Y轴输入"相连,将"输出衰减"的粗细衰减旋钮均置0Db,选择内频标(如1MHZ),在屏幕上会出现一个以基线为零电平的矩形图形,调整中心频率度盘,扫频信号和频标信号都会移动,调节显示部分各旋钮,使图形便于观测,记下最大值A,最小值B,则扫频信号寄生调幅系数为M=(A-B)/(A+B)×100%要求在整个波段内,m7.5%.(7)检查扫频信号非线性系数"频标选择"开关置于"1MHZ",调节"频率偏移"为7.5MHZ,记下最低,最高频率与中心频率f0的几何距离A,B,则扫频信号非线性系数为γ=(A-B)/(A+B)×100%要求在整个波段内,r20%.(8)"1MHZ"或"10MHZ"频标的识别方法找到零频标后,将波段开关置于"Ι","频标幅度"旋钮调至适当位置,将频标选择放在"1MHZ"位置,则零频标右边的频标依次为1MHZ,2MHZ… ….将频标选择放在"10MHZ"位置,则零频标右边的频标依次为10MHZ,20MHZ… …,两大频标之间频率间隔10MHZ,大频标与小频标之间频率间隔5MHZ.(9)波段起始频标的识别方法"频标幅度"旋钮调至适当位置,频标选择放在"10MHZ","频率偏移"最小.将波段开关置∏,旋转"中心频率"旋钮,使扫描基线右移,移动到不能再移的位置,则屏幕中对应的第一只频标为70MHZ,从左到右依次为80MHZ, ……,150MHZ.将波段开关置Ш,则屏幕中对应的第一只频标为140MHZ,识别频标方法相同.(10)扫频信号输出的检查:将两个输出衰减均置于0dB.将输出探头与输入检波探头对接(即将两个探头的触针和外皮分别连在一起).这时,在扫频仪的荧光屏上应能看到一个由扫描基线和扫描信号线组成的长方图形.然后调整中心频率刻度盘,随着中心频率的变化,扫描信号线和频标都随着移动.要求在整个频段内的扫描信号线没有明显的起伏和畸变.并检查扫描信号的输出衰减和Y轴增益钮是否起作用.2,频率特性测试仪的使用注意事项(1)测量时,输出电缆和检波探头的接地线诮尽量短,切忌在检波头上加接导线;被测网络要注意屏蔽,否则易引起误差.(2)当被测网络输同端带有直流电位时,Y轴输放应选用AC耦合方式,当被测网络输入端带有直流电位时,应在扫频输出电缆上串接容量较小的隔直电容.(3)正确选择探头和电缆..BT-3测试仪附有四种探头及电缆:①输入探头(检波头):适于被测网络输出信号未经过检波电路时与Y轴输入相连.②输入电缆:适于被测网络输出信号已经过检波电路时与Y轴输入相连.③开路头:适于被测网络输入端为高阻抗时,将扫频信号输出端与被测网络输入相连.④输出探头(匹配头):适于被测网络输入端具有75特性阻抗时,将扫频信号输出端与被测网络输入相连.四,实验预习要求。
BT-3D频率特性测试仪
一、概述BT-3D频率特性测试仪为卧式通用大屏幕宽带扫频仪，它由扫频信号源和显示系统组合而成，直接显示被测设备的幅频特性曲线。
应用该仪器可快速测量或调整甚（超）高频段的各种有源无源网络的幅频特性和驻波特性，特别适用于广大科研院校，军工企业、广播电视、有线电视等单位，用作教学，科研和生产。
本仪器高频部分采用了表面安装技术，关键部分选用进口器件，采用电调谐衰减器，数字显示dB数，方便可靠性高。
本仪器扫频范围宽，可进行全景扫频，特别适用于宽带测试要求，也可进行窄带扫频，可点频输出作为信号源之用。
本仪器输出幅度高，动态范围大，频谱纯，可在50μv-0.5v范围内任取电压。
谐波小，典型为－35dB，同时具有多种精确标志可选择。
本仪器采用卧式结构，内部结构排列紧凑，合理、重量轻，便于携带，外形美观，面板为彩色印刷，功能分区。
1-2--3-三、工作原理＋14V－14V＋24V→1、电源部分：由电源变压器的次级取出各路电压分别加到稳压单元产生±14V、±15V、＋24V、－12V六组直流电压，其中±14V直流电压由交流电压经桥堆全波整流、滤波产生，±15V、＋24V 三组直流电压交流电压分别经桥堆整流，滤波后再经7824、7815、7915三端稳压块产生。
－15V电压再经7912稳压产生－12V直流电压。
高压单元，高频高压发生器产生高频高压，由自激式振荡器产生一方波，经高压包升压再经整流电路整流得到-100V、＋350V、6KV、0～350V 四组电压。
＋350V、0～350V、6KV直接供显像管使用，-100V经亮度电位器调节显像管亮度之用。
-4-2、控制和显示系统由扫描电路产生与外电网同频的限幅锯齿波及同步方波，限幅锯齿波保证了扫描的线性。
锯齿波一路送入X偏转放大电路供显示器水平扫描之用，另一路及方波送至控制电路进行信号交换。
扫频方式选择、频标方式选择以此来实现扫频宽度控制、标记组合等一系列功能。
简易幅频特性测量仪设计
简易幅频特性测量仪一. 方案论证扫频结果显示计算得到响应的有效值点频结果显示DDS 产生正弦波 量程选择测试点11V RMS 正弦波响应电压信号测试点2本系统由单片机采用DDS 原理输出频率范围在10~1KHz 的正弦波，输出幅度为1V RMS 。
将不同频率的正弦波输入被测网络，通过测量网络输出端的有效值，因为输入有效值为1，故所测有效值等于网络在该频率下的增益，得到网络的幅频响应。
信号源产生：正弦信号是利用DSS 原理，通过DA 进行输出。
只要确定好了采样频率，存储深度以及步长等几个关键指标，便可以精确地进行信号发生，输出幅值与频率都很精确。
需要平滑滤波与放大环节的配合。
信号处理：所测有效值的计算方法如下。
对AD 采集进来的数据，取整倍周期的样本，做均方根处理，再做平均值计算，两者相减，即可得到不含直流分量的正弦信号MCU 被测网络DAC 滤波放大 ADC幅度测量LCD示波器有效值。
可以通过固定频率的点频方法测得特定点的响应，也可也通过频率步进得到一系列点的响应，最终绘得响应曲线。
最终结果通过示波器与液晶共同显示。
点测与扫测：DDS产生正弦波的方案，我们存储一个周期采样点的幅值信息，通过改变步长来达到不同频率输出。
在点频方式下，我们输出指定频率的正弦波，并读取响应电压信号，计算其有效值，即可知道所测网络在特定频率点的增益信息（幅频特性）。
在扫频方式下，由于10Hz步进到1KHz所需时间太长，而且参照我们需要完成的功能，我们加大步进量，以100Hz为步进长度，测出10~1KHz中的十个点，并通过插值等算法计算幅频响应曲线，在示波器上予以输出。
开始初始化显示菜单点测功能扫频功能设定频率采样并计算有效值频率步进采样并计算有效值显示响应有效值示波器显示曲线图 1.2 软件流程发挥部分：发挥部分主要有扫频功能，扩展频率范围，以及可控增益几部分。
扫频功能主要是对基础的点测功能的扩展，应用多次自动步进电测来得到幅频响应曲线。
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简易频率特性测试仪（E题）2013年全国电子设计大赛摘要：本频率特性测试仪由AD9854为DDS频率合成器，MSP430为主控制器，根据零中频正交解调原理对被测网络针对频率特性进行扫描测量，将DDS 输出的正弦信号输入被测网络，将被测网络的出口信号分别与DDS输出的两路正交信号通过模拟乘法器进行乘法混频，通过低通滤波器取得含有幅频特性与相频特性的直流分量，由高精度A/D转换器传递给MSP430主控器，由MSP430对所测数据进行分析处理，最终测得目标网络的幅频特性与相频特性，同时通过LCD绘制相应的特性曲线，从而完成对目标网络的特性测试。
本系统具有低功耗，成本低廉，控制方便，人机交互友好，工作性能稳定等特点，不失为简易频率特性测试仪的一种优越方案。
关键字：DDS9854，MSP430，频率特性测试目录一、设计目标 (3)1、基本要求： (4)2、发挥部分： (4)二、系统方案 (4)方案一 (5)方案三 (5)方案二 (5)三、控制方法及显示方案 (5)四、系统总体框图 (6)五、电路设计 (6)1、DDS模块设计 (6)2、DDS输出放大电路 (7)3、RLC被测网络 (8)4、乘法器电路 (8)5、AD模数转换 (9)六、软件方案 (10)七、测试情况 (11)1、测试仪器 (11)2、DDS频率合成输出信号： (11)3、RLC被测网络测试结果 (12)4、频谱特性测试 (12)八、总结 (12)九、参考文献 (12)十、附录 (13)一、设计目标根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性。
1、基本要求：制作一个正交扫频信号源。
（1）频率范围为1MHz~40MHz，频率稳定度≤10-4；频率可设置，最小设置单位100kHz。
（2）正交信号相位差误差的绝对值≤5º，幅度平衡误差的绝对值≤5%。
（3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。
（4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进100kHz；要求连续扫频输出，一次扫频时间≤2s。
2、发挥部分：（1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。
a.输入阻抗为50Ω，输出阻抗为50Ω；b.可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值≤0.5dB，相频测量误差的绝对值≤5º；数据显示的分辨率：电压增益0.1dB，相移0.1º。
（2）制作一个RLC串联谐振电路作为被测网络，其中Ri和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。
a.要求被测网络通带中心频率为20MHz，误差的绝对值≤5%；有载品质因数为4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥ -1dB；b.扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB 带宽，频率数据显示的分辨率为100kHz；c.扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。
幅频特性曲线的纵坐标为电压增益（dB）；相频特性曲线的纵坐标为相移（º）；特性曲线的横坐标均为线性频率（Hz）。
发挥部分中，一次线性扫频测量完成时间≤30s。
（3）其他。
二、系统方案图1 系统方案方案一方案一对DA的转换速率要求过高，市售DA速率根本无法达到题目要求，对主控芯片主频及驱动时钟频率要求过高，而且成本较高，故放弃方案一。
方案三方案三中虽然采用DDS9854做信号源，想法较好，通过数字处理可以得到更好的结果，但考虑到信号最高频率达到40M，为保证奈奎斯特采样定律，至少应使用80M采样率的AD，考虑到高速AD价格不菲，所以不宜采用方案三。
方案二综合考虑，方案二成本较低，且效果较好，前期通过模拟电路处理，最后通过低速AD送入单片机处理即可完成题目要求，整个方案保持低成本、低功耗，工作性能稳定，故选方案二。
三、控制方法及显示方案对DDS9854定性分析并设计外围电路制作PCB板，可以实现峰峰值200~400mV两路正交信号输出。
为满足输出信号峰峰值在1V以上，我们采用THS3001高速运放搭建宽带放大器连接在9854输出端，提供6.1倍增益。
同时为满足正交信号相位误差和幅度平衡误差要求，两路宽带放大器电路应尽可能相同。
另外为满足1~40MHz输出信号幅度平坦度在5%以内，宽带放大器应具有尽可能平坦的通带增益。
利用MSP430单片机对DDS9854进行控制，并通过12864液晶屏显示菜单交互界面，满足直接设置频率、连续扫频输出、可调节步进输出等题目要求功能。
发挥部分中，设两路正交信号分别为V1=Acosωt与V2=Asinωt，且余弦信号经过待测网络后变为V x=ABcos(ωt+φ)。
计算可知：V1V x=1 2A2Bcos(2ωt+φ)+1 2A2BcosφV2V x=1 2A2Bsin(2ωt+φ)-1 2A2Bsinφ因此，如果将相乘所得信号经过低通滤波器滤出直流分量I=1 2A2Bcosφ和Q=-1 2A2Bsinφ，则可以计算出1 2A2B=√(I2+Q2)，φ=-arctan(Q/I)，由此可以得出频率f=ω/2π处待测网络的幅频与相频响应。
在扫频模式下，每隔100KHz记录下一个频率点的响应，即可绘出待测网络的幅频与相频曲线。
在实际设计中，我们先将余弦信号送入被测网络，网络输出分为两路，分别与原正弦、余弦信号利用AD835高速模拟乘法器相乘。
将此时两路输出信号各自经过低通滤波滤出直流分量。
由于乘法器所得直流分量较小，约20~50mV，因此我们在低通滤波器之后加入了由低失调电压运放OP27搭建的放大器，将直流信号放大到200~500mV。
此时信号需要经过AD转换送入单片机进行处理，我们打算采用高精度AD TLC2543完成。
由于TLC2543只支持单极性输入，而I与Q极性无法事先确定，所以我们在AD转换之前加入了由LM385电压基准和AD817组成的加法器模块提供2.5V偏置。
数字信号送入单片机后，由单片机分析数据得到直流信号中包含的频率与相位信息，通过320×240分辨率的TFT彩屏分两屏绘制出被测网络的幅频相频曲线。
四、系统总体框图图2 系统总体框图五、电路设计1、DDS模块设计DDS模块的设计是本系统的重点。
DDS模块主要是围绕芯片AD9854进行设计的，设计要求既要满足性能指标，还要求优化电路，减小电路面积，改进布线布局，否则造成输出不稳将使得后续方案无法继续进行。
下面先介绍AD9854的基本特性。
如图所示，AD9854内部包括一个具有48位相位累加器、一个可编程时钟倍频器、一个反sinc滤波器、两个12位300MHz DAC，一个高速模拟比较器以及接口逻辑电路。
式参考时钟输入Ｄ更新读信号写信号行选择复位源地比较器输入模拟信号输出模拟信号输出比较器输出图3 AD9854功能结构框图其主要性能特点如下：1) 高达300MHz的系统时钟；2) 能输出一般调制信号，FSK，BPSK，PSK，CHIRP，AM等；3) 100MHz时具有80dB的信噪比；4) 内部有4×到20×的可编程时钟倍频器；两个48位频率控制字寄存器，能够实现很高的频率分辨率。
两个14位相位偏置寄存器，提供初始相位设置。
5) 带有100MHz的8位并行数据传输口或10MHz的串行数据传输口。
2、DDS输出放大电路前端放大用宽带放大器THS3001，放大6.1倍，为满足输入输出端阻抗匹配以及仪器输出阻抗要求，需要在输入、输出端接入50Ω电阻，如图所示，两路信号均进入放大器。
图4 THS3001放大电路3、RLC被测网络放大器输出余弦信号分为两路，一路进入待测网络，待测网络如图图5 RLC待测网络其中R约为0，R o为放大器输出阻抗50欧，R i也为50欧，为后级电路的输入电阻。
中心频率f0=1/(2π√LC)，品质因数Q=(1/R)√(L/C)。
经理论计算，L取3.51uH，C取18pF，实验得中心频率为20.08MHz，最大增益为-0.48dB，满足题目要求。
4、乘法器电路图6 AD835电路采用高速模拟乘法器AD835，其基本传递函数为W=XY+Z。
实验中将X2、Y2、Z接地，即可实现乘法功能。
由于频率较高，乘法器电源不仅需要电容去耦，还要加入磁珠，以抑制电源线上产生的高频干扰。
同时需注意两路乘法器电路尽可能对称，避免其输入输出关系产生差异。
5、AD模数转换图7 TLC2543电路如图，为TLC2543 AD转换器连接图，其中CH1为信号输入端，CLK、DATAIN、DATAOUT、CS与MSP430连接，通过串口传输数据，REF+连接至电源电压Vcc，REF-连接至GND。
图8 TLC2543时序图图示为MCU对TLC2543的操作时序，在CS片选端为低电平的情况下，单片机提供CLK则TLC2543开始工作，在连续十二个时钟期间，单片机写入相应的控制字，控制单、双极性输出，MSB或LSB前导等数据格式。
与此同时，TLC2543与时钟同步输出上一次的12位转换结果。
六、软件方案本系统中共用到两片MSP430F149，一片用作DDS主控端，通过与AD9854I/O交互，实现题设要求DDS输出各个功能模块，并以液晶屏幕及键盘交互的模式提供友好的人机界面，为使用者提供稳定且便利的用户体验。
另一片MSP430F149位于整个系统的后端，发挥数据处理以及结果显示的作用，通过对被测网络的测量结果分析，绘制出被测网络的幅频及相频特性曲线。
另外，我们知道，扫频过程中，当前扫频频率是数据处理的要素之一，因此DDS端MSP430F149在不断扫频时，通过串口通信协议实时告知数据处理端MSP430F149当前扫频频率，便于后者将获取的特性数据与对应频率一一对应，从而成功将被测网络特性曲线描绘至TFT屏幕。
以下分别为DDS端MSP430F149与数据处理端MSP430F149软件流程图：图9 DDS主控流程图图10 MCU显示流程图七、测试情况1、测试仪器直流稳压稳流电源：型号GPD—3303DDS合成信号发生器：型号EE1461五位半数字万用表：型号FLUKE8808A200M数字存储示波器：型号Tektronix TDS2022B自制简易频谱特性测试仪（含LCD显示频谱特性）高性能射频一体化矢量网络分析仪：型号AV3620A2、DDS频率合成输出信号：频率(MHz) 1 5 10 15 20 25 30 35 40 CH1(Vpp) 1.14 1.13 1.14 1.15 1.15 1.16 1.16 1.16 1.15 CH2(Vpp) 1.15 1.14 1.15 1.16 1.15 1.17 1.16 1.18 1.17 Δφ(°)91.2 90.4 88.2 90.1 86.8 84.6 83.6 87.2 85.4数据基本满足题目要求。