详细简易频谱分析仪

简易频谱分析仪摘要:

本系统基于外差式频谱分析仪的基本原理，以单片机89C55为控制核心，结合高速可编程逻辑器件FPGA，采用DDS直接频率合成技术,实现了简易逻辑分析仪的设计任务。系统采用了一次下混频、滤波的结构，输入频率测量范围达到了

0.55MHz 39.5MHz. 系统整体指标好，频率分辨力达到了250Hz，能够正确识别调幅、调频和等幅波三种波形及其调制带宽。

Abstract:

This system is designed on the basic principle of spectrum analyzer, which have a micro-controller as the core-controller,and this system realize the design of simple spectrum analyzer based on the technique of DDS. The system uses the design of the low mixing and filter,the scope of measure is from 0.55MHz to 39.5MHz.T he system specifications are so excellent that the frequency resolution is up to 250Hz and the FM, AM and CW signals and their bandwidths can be recognized automatically.

关键词: 外差式频谱分析仪一次下混频直接数字合成

KEY WORD: Heterodyne, Spectrum analyzer, low mixing, DDS

Abstract: (2)

一、方案论证与选择 (5)

(一)．题目任务要求 (5)

(二) 方案的比较选择与论证 (6)

(1)总体方案论证 (6)

方案一: 数字式频谱分析仪 (6)

方案二:模拟式频谱分析仪 (6)

(2)部分方案论证 (7)

1. 本机振荡器方案: (7)

2. 混频器方案: (8)

3. 滤波器方案: (8)

4. 检波器方案： (8)

5 最终实施方案: (9)

二、理论分析与计算 (9)

(一)．本机振荡器的扫频范围和滤波器的中心频率 (9)

(二). 扫频时间和A/D采样速率 (10)

(三). 调幅波、调频波和等幅波的识别原理 (10)

三、功能电路设计 (12)

(一) 本振信号发生电路 (12)

(二) 输入信号放大及增益控制电路 (14)

(三) 混频电路 (14)

(四) 滤波器的设计 (15)

(五) 检波及采样电路 (17)

四. 系统软件设计 (19)

(一) FPGA内部各模块设计 (19)

(1) AD9851扫频模块 (19)

(2) MAX197采样模块 (20)

(3) LCD显示模块以及键盘扫瞄模块 (20)

(4) 显示部分 (21)

(二)单片机设计部分 (22)

五.系统调试及测试数据与分析 (25)

(一) 测试原理与方法 (25)

(二) 测试方框图 (25)

(三) 测试使用仪器及型号 (25)

(四) 测试数据结果 (26)

六总结 (26)

(一) 实验结果 (26)

(二) 误差分析 (26)

七参考文献 (27)

一、方案论证与选择

(一)．题目任务

(1)任务:

采用外差原理设计并实现频谱分析仪，其参考原理框图如下图所示:

(2)要求

基本要求

（1）频率测量范围为10MHz~30MHz；

（2）频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω；

（3）可设置中心频率和扫频宽度；

（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz 的频标。

发挥部分

（1）频率测量范围扩展至1MHz~30MHz；

（2）具有识别调幅、调频和等幅波信号及测定其中心频率的功能，采用信号发生器输出的调幅、调频和等幅波信号作为外差式频谱分析仪的输

入信号，载波可选择在频率测量范围内的任意频率值，调幅波调制度

m a=30%，调制信号频率为20kHz；调频波频偏为20kHz，调制信号频

率为1kHz；

( 3 ) 其他。

(二) 方案的比较选择与论证

(1)总体方案论证

频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面分别对以下几种方案进行比较论证：

方案一: 数字式频谱分析仪

按照对信号处理方式的不同，数字式频谱仪可分为以下三种：

1. 基于FFT技术的数字频谱仪：

采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样，再经离散傅里叶变换（DFT）或其快速变换（FFT）处理后获得频谱分布图。FFT技术的数字式频谱分析仪在速度上明显超过传统的模拟式频谱分析仪，能够进行实时分析。但由于FFT所取的是有限长度，运算的点数也是有限的，因此，实现高扫频宽度和高频率分辨率需要高速A/D转换器和高速数字器件的配合。

2. 基于数字滤波法的数字式频谱仪

这种频谱仪原理上等同于模拟频谱仪中的并行滤波法或可调滤波法，通过设置多个窄带带通数字滤波器，或是中心频率可变的带通数字滤波器，提取信号经过数字滤波器的幅度值，实现测量信号频谱的目的，该方法受到数字器件资源的限制，无法设置足够多的数字滤波器，从而无法实现高频率分辨率和高扫频宽度。

3. 基于外差原理的数字式频谱仪

"数字式外差"原理是把模拟外差式频谱分析仪中的各模块利用数字可编程器件实现.实现起来由于数字资源的有限,会出现分辨率不够高等问题.

方案二:模拟式频谱分析仪

模拟式频谱分析仪一般可以分为:并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法.现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法.

扫频外差法是将频谱逐个移进不变的滤波器。其原理图如下，图中窄带滤波

器的中心频率是不变的.信号经过压控增益放大后与DDS 产生的本振频率相混.混频后的信号经过窄带滤波器,使信号的频谱分量依次地移入窄带滤波器.再经过峰值检波,A/D 采样送入处理器,处理器提取通过滤波器的信号幅度，根据DDS 扫频的当前频率和提取到的幅度值，即可以绘制当前信号频谱图。

图1-1 外差式频谱仪基本原理图

此方案是目前最为成功的一种方法，它能分析较为广阔的频谱。关键部分是是硬件电路，软件部分相对简单. 此方案既可以克服数字频谱仪中数字器件资源的限制,又可以实现高扫频宽度和高频率分辨率.经过以上比较,我们选择这种方案.

(2)部分方案论证

根据外差式频谱分析仪的原理，图1-1中方案实现的关键在于本机振荡器、混频器、滤波器和检波器等高中频部分。

1. 本机振荡器方案:

图1-1中本机振荡器的输出应为线性的扫频输出，其输出的频率范围应与输入信号的测试范围一致。产生线性扫频输出的方法有两种：压控振荡器法和直接数字合成法。压控振荡器（VCO ）法采用线性的锯齿电压输入去控制其输出的频率，其优点是电路简单，缺点是频率控制的精度较差，在频率范围较大时扫频的线性性难以保证，从而影响到频谱分析仪的频标精度；直接数字合成（DDS ）法采用数字方式直接合成所需的波形，因而其输出频率的分辨力和精度高，宽范围扫频输出的线性好，有许多现成的DDS 集成电路可供选择.综合比较各DDS 芯片,混频窄带滤波器检波器 DDS 本振控制器显示

我们选择ANALOG公司的AD9851作为我们的本振信号.

2. 混频器方案:

混频电路是超外差式接收机的重要组成部分,其作用是输入信号(经滤波,放大)变换为频率固定的中频信号,它的性能直接影响接收机动态范围等性能. 混频一般分为两种方案,可以利用二极管的非线性实现或采用集成的模拟乘法器实现。采用二极管实现时因分立元件较多，因此电路较为复杂，调试也相对困难，而模拟乘法器的电路和调试都相对容易。因此我们选择ANALOG公司的AD831作为我们的混频器.

3. 滤波器方案:

滤波器是整个频谱分析仪实现的关键环节,也是本实验的最大难点,它决定了频谱分析仪输出频谱的分辨力和形状。

混频电路分为上混频和下混频.所谓上混频,就是将输入信号的频率往上搬移,即把频率为f C 的输入信号不失真的变换为载频为f I的信号,不过f I比f C要大.而所谓下混频,则f I比f C要小.倘若我们采用上混频,则我们必须做一个高频的窄带滤波器,而倘若我们采用下混频,只需做一个频率比较低的窄带滤波器,考虑到高频窄带滤波器的难于研制,我们选择下混频方案,为此我们需做一个低频窄带滤波器.

常用的滤波器有LC滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、RC有源滤波器和数字滤波器等种类。而前三种滤波器多用于高频,而数字滤波器,对大量数据序列进行滤波（实现卷积运算）会导致系统速度较慢，影响测量速度。所以我们选择RC有源滤波器.考虑到系统的稳定性,我们选择MAXIM公司的有源滤波器芯片MAX274作为我们的窄带滤波器.

4. 检波器方案：

图1-1中的检波器作用是完成输出调幅信号的解调.一般有同步检波和非相干检波。不过对于同步检波,其同步信号不是一个固定值,其值随输入信号而变,这样的话,导致同步信号难于产生.而对于非相干检波,需要采用高速的数据采集和处理器件，并且该方法涉及的知识较深、算法较多、高速信号采集和处理的电路复杂，实现较为困难。而倘若我们利用集成芯片来进行检波,就显得比较容易

实行了.经综合考察,我们选定ANALOG公司的AD637来进行有效值检波.

5 最终实施方案:

综合比较上述方案,结合题目的要求和我们自身的技术特点,定下以下最终实施方案:

在实际方案中，为了适应不同的扫频速度和频谱分辨力的要求，结合实际滤波器的选频特性，系统采用了一次下混频、滤波的结构，，检波采用AD637检波，滤波器选用MAX274。另外，为了增大输入信号的动态范围，在输入还增加了一级输入放大电路.如图1-2:

信号放大

增益控制

混频器

DDS本振

低通滤波器

控制器(单片机与FPGA)

窄带滤波器检波电路

A/D采样

显示

D/A输出

输入信号

图1-2实际系统框图

二、理论分析与计算

(一)．本机振荡器的扫频范围和滤波器的中心频率

题目要求的输入频率测量范围为1MHz 30MHz，为了防止混频时产生干扰哨声，混频器的输出滤波器中心频率就必须大于30MHz或者小于1MHz。如果我们选择上混频,混频器的输出滤波器中心频率就必须大于30MHz,但这样一来,自然增加了设计高频窄带滤波器的难度.所以我们选择下混频,故而混频器的输出滤波器中心频率小于1MHz 即可.

从频谱分辨力的角度看，中频带通滤波器1的通带宽度是越小越好，然而由于其输入为扫频信号，为了保证其输出具有一定的强度，窄的带宽就要求低的扫

频速率。而低的扫频速率在大范围扫频时就需要长的扫频时间，从而影响仪器的数据输出率。而题目要求应该有1KHZ 的分辨率,所以我们选定窄带滤波器的带宽为500HZ 左右.中心频率在100KHZ 左右,但考虑到MAX274设计滤波器的难度,我们将中心频率调至50KHz.

中频滤波器中心频率选定后，扫频范围自然也就确定下来了.为此，取本振的扫频范围为0.5MHz--40MHz ，此时对应的输入频率测量范围为0.55MHz ~39.5MHz ，能够满足题目要求的1MHz ~30MHz 的输入频率测量范围。

(二). 扫频时间和A/D 采样速率

我们知道电子系统的响应速度和其工作的带宽有着密切的联系，带宽越窄，响应速度越慢，为了保证在各级扫描的时候系统能够充分地响应，扫描的速度应当有一个上限。在具体实现的过程中，扫频的速度由当前的频谱分辨率下所使用的窄带滤波器的带宽决定。具体实现过程中可通过多次试验得出不同频谱分辨率下的最佳扫频速度。

(三). 调幅波、调频波和等幅波的识别原理

如果调制信号为单音余弦波,则AM 调幅波表达式为:

)cos()cos(1()(t t m V t v c a cm ωΩ+=

其中a m 为调制指数。cm V 为载波振幅。

将上式用三角函数展开:

V o (t)=V mo cos(Wct)+M a V mo cosWitcosWct=V mo cosWct+1/2M a V mo cos(Wc+Wi)t+1/2M a V mo cos(Wc-Wi)t

如下图所示:

图2-2 单音调制时调幅信号的频谱

作为调幅信号,相应的矢量长度是在Vmo上叠加按调制信号规律变化,而矢量的转动角速度即角频率,为恒定值.

而作为调频信号,叠加在W c t上的附加相角按调制信号规律变化.

即 W(t)=Wc+dW(t)=Wc+K f V(t)

则调频信号的一般表达式为:

V(t)=V m cos(W c t+K f*B(v(t)dt+Qo) 式中B表示积分

图2-2 单音调制时调频信号的频谱

等幅波就简单了,在频谱上为一条竖线。

图2-3 等幅波频谱示意图

综上分析,可以非常清楚的看出这三者的区别,等幅波的频谱就是一条直线,调频波的谱线最为集中,调幅波有三条谱线.

我们可以按照如下步骤来分辨这三者:

a 扫频.

b 找出扫频中得到的信号频谱所有的极大值.

c 如果信号频谱中有1个极大值,则为等幅波;如果有三个极大值,则为调幅波;如果有10个以上极大值,则为调频波.

当然了,在实际测试中,由于滤波器的干扰,或者采样的不稳定,会导致等幅波出现的极大值不止一个,调幅波出现的极大值也不止三条.但是我们仍然可以根据这三种波所对应频谱的极大值的数目来判断,譬如,等幅波L<3,调幅波3<=L<=10;调频波L>10.(其中,L指的是整个频谱中极大值的数目)

三、功能电路设计

(一) 本振信号发生电路

按题目要求，产生本振信号的本机振荡电路需要实现一个扫频信号源的功能，能够实现的扫频范围为1MHz到30MHz.

通常情况下,我们可以使用压控振荡源或是自己设计DDS电路.但是在这里,要求的频率范围实在太高,常规方法难于达到要求.

我们最终采用了ANALOG公司的DDFS集成芯片AD9851.

AD9851 是AD 公司采用先进DDS (直接数字合成) 技术,推出的具有高集成度DDS 电路的器件,它内部包含高速、高性能D/ A 转换器及高速比较器,可作为全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。外接精密时钟源时,AD9851 可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好的模拟正弦波,这个正弦波能够直接作为基准信号源,或通过其内部高速比较器转换成方波输出,作为灵敏时钟产生器。DDS 即直接数字合成器,其原理框图可参见AD9851 的结构图(图3-1) 。它主要包括相位寄存器、相位全加器、D/ A 转换器,相位寄存器和相位全加器构成相位累加器。AD9851 内部的控制字寄存器首先寄存来自外部的频率、相位控制字,相位累加器接收来自控制字寄存器的数据后决定最终输出信号频率和相位的范围和精度,经过内部D/ A 转换器后,所得到的就是最终的数字合成信号。

图3-1 AD9851 结构框图

如果相位累加器的位数为N ,相位控制字的值为FN ,频率控制字的位数为M ,频率控制字的值为FM ,系统外部参考时钟频率为30MHz ,6 倍参考时钟倍乘器使能,那么经过内部6 倍参考时钟倍乘器后,可得到AD9851 内部工作时钟FC 为180MHz ,此时最终合成信号的频率可由公式(1) 来决定,合成信号的相位由公式

(2) 来决定。

F = FM FC/ 2 N --------------------------------------------------(1) θ = 2πFN / 2 M -------------------------------------------------(2)

图3-2 AD9851外部电路图

(二) 输入信号放大及增益控制电路

由于输入信号有效值在20mV+5mV 之间，幅度较小，需要进行放大，以便后面的一系列处理，在这里我们设计了信号放大与增益控制电路，为满足较大的动态范围，设计使用AD603做压控增益，由单片机DAC 输出直流电压调节AD603的增益，由于AD603带宽为90MHz ，足够满足本次设计要求，输出电压最大为1Vpp ，增益控制范围-11dB~33dB ，其控制电压和增益之间满足如下关系：

1040)(+=G V dB Gain

然而由于本题要求输入电压有效值较小，故需要进行较大的增益，为了不使AD603工作在较为极限的状态（会导致较大谐波失真），我们考虑使用一级固定增益的预放大，同时由该放大器完成输入阻抗的匹配（50Ω），该运放我们选择了MAXIM 公司的MAX477. MAX477带宽300MHz,是一款不错的高速运算放大器,它的用法与普通运放的使用相同. (见图3-3)

图3-3 压控增益电路图

(三) 混频电路

混频一般分为两种方案,可以利用二极管的非线性实现或采用集成的模拟乘法器实现。采用二极管实现时因分立元件较多，因此电路较为复杂，调试也相对困难，而模拟乘法器的电路和调试都相对容易。因此我们选择ANALOG 公司的AD831作为我们的混频器.

AD831 是AD 公司生产的低失真、宽动态范围的单片有源混频器,它输入输出方式多样,使用灵活方便。AD831 由混频器、限幅放大器、低噪声输出放大器和偏置电路等组成.AD831 采用双差分模拟乘法器混频电路, 具有+ 24dBm 三阶交叉点, 且三阶互调失真小, 同时有+ 10dBm 的1dB压缩点,线性动态范围大,它的本振输入信号仅需要- 10dBm 。同无放大器的混频器相比,它不仅省去了对大功率本振驱动器的要求, 而且避免了由大功率本振带来的屏蔽、隔离等问题,因而大大降低了系统费用; AD831 的本振和射频输入频率均可达到500MHz.

图3-4 混频器AD831电路图

(四) 滤波器的设计

由于我们需要的本振信号只要0MHz到35MHz即可.而AD9851输出的信号含有很多高频分量,如果我们直接将AD9851输出的信号加到混频器AD831上,那样AD9851的高频成份与起始输入信号相混,就会产生比较严重的混频失真.所以在

AD9851的输出口我们必须接上一个截至频率为40MHz 的低通滤波器,这样,才能有效消除AD9851输出的波形失真和混频失真.

我们选择LC 滤波器,其中,Butter-worth 滤波器衰减特性平坦,群时延小,波形通过滤波器失真很小,而且比较容易设计.以下是我们所设计的截至频率为38MHz 的Butter-worth 低通滤波器.

0ohm L11.1uH L20.78uH L30.78uH

C12.7pF C212pF C3

10pF

R2220ohm

18pF C527pF C622pF V1

1V 1000Hz 0Deg C710pF

图3-5 38MHz 低通滤波器

图3-6 低通滤波器在MULTISIM 中的仿真结果

混频器输出的信号经过一个窄带滤波器,即可将频谱依次移入窄带滤波器,然后经过检波,则可以得出当前频率输入信号所对应的幅度值.而由于我们选择的是下混频,所以我们应该做一个低频的窄带滤波器.

倘若我们用传统的方法制作一个有源窄带滤波器,那样会显得比较难于调试.况且我们要求的带宽非常窄,而中心频率又不能太低(因为题目要求绘出调制频率为20KHz 的调幅波的频谱,所以为了便于以后程序调试以及系统正确的完成该完成的功能,我们所选择的窄带滤波器的中心频率至少应该大于20KHz),所以

我们决定采用MAXIM公司的集成模拟滤波器MAX274作为我们的窄带滤波器. MAX274是MAXIM 公司推出的一种4阶(MAX274)连续时问有源滤波器，内部有2个2阶状态可变滤波器单元．可实现巴特沃斯型、贝塞尔型及切比雪夫全通型滤波器。MAX274内部的每个滤波器单元结构如图3-5所示。其中BPO、LPO分别为带通和低通输出，后一个运放输入端的5K电阻将积分电容与外管脚的寄生电阻隔离，大大提高了滤波器极点的精度。BPI为带通输入．Fc为工作方式及频率选择。不需外接电容．只需外接电阻，就可实现工作频率从100Hz到150kHz的低通、带通滤波器，其中心频率、转折频率、Q值、放大倍数等均可由外接电阻加以确定．参数调整十分方便。由于是单片结构．高频工作时基本不受杂散电容的影响。电源电压(V+／、，一)为±2．37V～±5．50V．电源电流不超过30mA。

其典型连接图如下所示:

图3-7 MAX274典型连接图

带通滤波器从BPO输出. 我们最终设计了一个中心频率为49.6KHz,带宽250Hz的窄带滤波器.

(五) 检波及采样电路

对于同步检波,其同步信号不是一个固定值,其值随输入信号而变,这样的话,

导致同步信号难于产生.而对于非相干检波,需要采用高速的数据采集和处理器件，并且该方法涉及的知识较深、算法较多、高速信号采集和处理的电路复杂，实现较为困难。而倘若我们利用集成芯片来进行检波,就显得比较容易实行了.经综合考察,我们选定ANALOG公司的AD637来进行有效值检波.

使用AD637在测量峰值系数高达10的信号时附加误差仅为1%，且外围元件少、频带宽。对于有效值为200mv的信号，-3dB带宽为600KHz；对于有效值为1V的信号，-3dB带宽为8MHz。同时，AD637可对输入信号的电平以dB 形式表示，能够计算多种波形的有

效值、平均值、均方值和绝对值。

该方案硬件简单，而且精度很高，

效果理想。

AD637的内部结构包括有源整流

器(即绝对值电路)、平方/除法器、

滤波放大器、独立的缓冲放大器

(缓冲放大器既可以作为输入缓冲

用，也可以构成有源滤波器来滤除

纹波，提高测量准确度)、偏置电

路五部分。AD637的基本应用电路

如图3-16所示。

图 3-8AD637基本应用电路

而对于A/D采样,一方面我们要求采样值的精度要高,另一方面我们要求采样转换速率要快,根据这两点我们选择了MAXIM公司的12位高速A/D转换芯片MAX197.

MAX197是美国Maxim公司推出的一款12位的快速A/D转换芯片，A/D 转换时间6μs；5V供电，但是具有多个量程，可以测量的电压为：0～5V、0～10V、－5～5V、－10～10V，输入通道的耐压值为±16.5V；拥有8路模拟输入通道；具有内外采样模式和内外时钟模式，可以根据使用环境来选择。

MAX197有内部时钟也具有内部基准源，所以使用起来非常方便，几乎不需要什么外围电路，电路结构简单，应用方便。如图2-18所示是MAX197采用内部时钟、内部基准源模式的电路图,也正是没所选择的工作模式.

图3-9MAX197应用电路图

四. 系统软件设计

(一) FPGA内部各模块设计

有很多功能我们都可以在FPGA中实现,这样可以减少单片机的负荷量.为了充分以及合理利用FPGA和单片机的资源,我们在FPGA里设计了以下一些模块: (1) AD9851扫频模块

该模块提供了P0口的锁存功能,最重要的是我们用软件为AD9851设置了一个选通角CS[5](AD9851本来是没有CS的),此举的功效在于合理的分配P0的使用权,以免造成数据对其他功能电路的干扰.(见图4-1)

图4-1 AD9851扫频模块图

(2) MAX197采样模块

MAX197的数据口是一个双向口,在每次转换的开始,单片机必须向MAX197送控制字,转换的时候,MAX197必须向单片机送数据.为了解决双向口的问题,我们特地设计了此模块.(见图4-2)

图4-2 MAX197采样模块图

(3) LCD显示模块以及键盘扫瞄模块

LCD显示以及键盘扫瞄我们选择了放在FPGA里面处理,这样可以很大程度上节省单片机的资源,以便让单片机去处理更为重要的事情.图4-3是我们设计的 LCD显示模块以及键盘扫瞄模块.

频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总

频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1 赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能;配置标准接口，就容易构成自动测试系统。基于MSP430 的FM 音频频谱分析仪的设计方案本文中主要提出了以MSP43 处理器为核心的音频频谱分析仪的设计方案。以数字信号处理的相关理论知识为指导，利用MSP430 处理器的优势来进行音频频谱的设计与改进，并最终实现了在TFT 液晶HD66772 上面显示。基于NIOS II 的频谱分析仪的设计与研制本设计完全利用FPGA 实现FFT，在FPGA 上实现整个系统构建。其中CPU 选用Altera 公司的Nios II 软核处理器进行开发, 硬件平台关键模块使用Altera 公司的EDA 软件QuartusIIV8.0 完成设计。整个系统利用Nios II 软核处理器通过Avalon 总线进行系统的控制。基于频谱分析仪二代身份证读卡器测量本文所介绍使用频谱仪检测RFID 读卡器的应用实例也是一种通用检测方案，可广泛应用在RFID 读卡器和主动式电子标签研发过程中的调试、产线的检验等多个方面。基于频谱分析仪分析手机无线测试本文将对手机无线通信中遇到的问题提出相应的解决方案。手机在进行通信时存在着频段控制、通信质量检测和信号大小控制等问题。被射频工程师

频谱分析仪的使用方法

频谱分析仪的使用方法（第一页） 13MHz信号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用频率计可以确定13MHz电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下，频率计很难测到射频电路中的信号，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。一、使用前须知在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。 1．分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下：分贝数：101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA／B=10182’3dB，也就是说，A功率比B功率大3dB， 2．分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm。如果发射功率为40mw，则10g40w／1mw--46dBm。二、频谱分析仪介绍生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1．性能特点 AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。一般示波器在lmv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不

基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计

目录 1 设计任务 (1) 1.1 技术要求 (1) 1.2 设计方案 (1) 2 基本原理 (1) 3 建立模型 (2) 3.1 系统前面板设计 (3) 3.2 系统程序框图设计 (3) 3.3 系统程序运行结果 (4) 4 结论与心得体会 (9) 4.1 实验结论 (9) 4.2 心得体会 (10) 5 参考文献 (10)

基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。 2基本原理本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间

基于stm32f1的频谱分析仪

单片机课程设计基于STM32F1 的频谱分析仪班级：电子信息工程1111班（学号）：指导老师：

题目：基于STM32F1 的频谱分析仪关键词：频谱分析仪，STM32F1，快速傅立叶变换，FFT，双色点阵摘要本设计是基于STM32F1的频谱分析仪。以STM32F103RBT6为控制核心，双色点阵屏为显示器。硬件上由电源管理，通信模块，放大电路，以及单片机最小系统组成。算法上采用简洁稳定的快速傅立叶变换作为主要的核心算法，辅以自动增益控制，实现信号从时域到频域的变换。通过双色点阵屏显示，具有直观，清晰等特点。 1.引言目前，由于频谱分析仪价格昂贵，学校里只有少数实验室配有频谱仪。但是电子信息类教学，如果没有频谱仪辅助观察，同学们只能从书本中抽象理解信号的特征，严重影响教学实验效果。正对这种现状，提出了一种基于STM32F1的简易频谱分析仪的设计方案，其优点是成本低，能够直观的反映信号在频域的特征。 2.系统方案本设计采用STM32F1作为核心处理器，该处理器核架构ARM Cortex-M3，具有高性能、低成本、低功耗等特点。

主控板包括电源模块、红外通信模块、TDA2822放大模块等；信号经过放大电路放大之后，由芯片自带的ADC将模拟信号转换为数字信号，再由主控芯片对数字信号进行快速傅立叶变换，驱动双色点阵屏显示。软件算法的核心容就是快速傅立叶变换。如下图为本设计总体框图。 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

↓ ↓ ↓ 3.系统硬件设计针对前面提出的整体设计方案，本设计采取模块化策略,将各个功能部分开来设计，最后组合起来。 3.1 电源管理模块系统的核心芯片为STM32F103，常用工作电压为3.3V，同时部的ADC 工作的参考电压也是3.3V，一般的外部电源的电压都为5V，要使系统正常工作，需要将5V的电源电压稳压到3.3V。常用的78系列稳压芯片已不再适用，必须选择性能更好的稳压芯片。经综合考虑，本电路采用LM1117-3.3作为电源部分的核心芯片。外部电源5V输入LM1117-3.3稳压为3.3V。由于点阵屏显示部分的电流较大，但是不在我们主控板上，所以暂不做考虑。电路图如下。

简易频谱分析仪课程设计

东北石油大学课程设计 2014年7月18 日

东北石油大学课程设计任务书课程通信电子线路课程设计题目简易频谱分析仪专业姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：设计一个测量频率范围覆盖为10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号的简易频谱分析仪。基本要求：（1）频率测量范围为10MHz--30MHz；（2）频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω；（3）可设置中心频率和扫频宽度；（4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz 的频标。主要参考资料： [1]谢家奎．电子线路(非线性部分)［M］．北京:高等教育出版社． [2] 张建华．数字电子技术［M］．北京:机械工业出版社． [3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册［M］．北京:机械工业出版社．完成期限2014.7.14 — 2014.7.18 指导教师专业负责人 2014年7 月14 日

摘要系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经凌阳单片机SPCE061A的处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。关键词：SPCE061A；DDS；频谱分析仪

【目录】基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计

【关键字】目录目录基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计 1设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用LabVIEW实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路，并且完成电路图及程序，然后在前面板和程序流程图中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。

2基本原理本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为离散时间信号，然后利用LabVIEW的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进行滤波、加窗、FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间内有限数据。这样就导致频谱泄漏的存在。所以利用用加窗的方法来减少频谱泄漏。由于取样信号中混叠有噪声信号，为了消除干扰，在进行FFT 变换之前，要先进行滤波处理。本设计采用了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）、椭圆（Ellipse）、贝塞尔（Bessel）等滤波器。以下说明时域分析与频域分析的功能 1）信号的时域分析主要是测量尝试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值的方式来表示信号的某些时域特征，是对尝试信号最简单直观的时域描述。将尝试信号采集到计算机后，在尝试VI中进行信号特征值处理，并在尝试VI前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给尝试VI的使用者提供一个了解尝试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 2）信号的频域分析就是根据信号的频域描述来估计和分析信号的组成和特征量。测量时采集到的是时域波形，但是由于时域分析工具较少，往往把问题转换到频域来处理。频域分析包括频谱分析、功率谱分析、相干函数分析以及频率响应函数分析。通过信号的频域分析，可以确定信号中含有的频率组成成分和频率分布范围；还可以确定信号中的各频率成分的幅值和能量；同时还能分析各信号之间的相互关系。 3建立模型本设计中用LabVIEW中的信号发生控件来代替信号采集部分产生信号。整个系统的设计均由软件来仿真实现。本设计的虚拟频谱分析仪由两个软件模块组成：信号发生器模块和频谱分析模块。处理过程如下：首先将信号发生模块产生的尝试信号送数字滤波器处理，滤除干扰噪声，然后分别进行时域分析、频域

频谱仪的简单操作使用方法

. R3131A频谱仪简单操作使用方法一．R3131A频谱仪简介。 R3131A频谱仪是日本ADVANTEST公司的产品，用于测量高频信号，可测量的频率范围为9K —3GHz。对于GSM手机的维修，通过频谱仪可测量射频电路中的以下电路信号, （维修人员可以通过对所测出信号的幅度、频率偏移、干扰程度等参数的分析，以判断出故障点，进行快速有效的维修）： 1.手机参考基准时钟（13M,26M等）； 2.射频本振（RFVCO）的输出频率信号(视手机型号而异)； 3.发射本振（TXVCO）的输出频率信号（GSM:890M—915M;DCS:1710—1785M）； 4.由天线至中频芯片间接收和发射通路的高频信号； 5.接收中频和发射中频信号(视手机型号而异)。面板上各按键（如图-1所示）的功能如下： A区：此区按键是其他区功能按键对应的详细功能选择按键，例如按下B区的FREQ键后，会在屏幕的右边弹出一列功能菜单，要选择其中的“START”功能就可通过按下其对应位置的键来实现。屏幕亮度调节旋钮数值微调旋钮

A区 D区 E区（图-1）连接测试探针端口 B区：此区按键是主要设置参数的功能按键区，包括：FREQ—中心频率； SPAN—扫描频率宽度；LEVEL—参考电平。此区中按键只需直接按下对应键输入数值及单位即可。 C区：此区是数字数值及标点符号选择输入区，其中“1”键的另一个功能是“CAL(校.. . ”-)，此功能要先按下“SHIFT(蓝色键”后再按下“1”键进行相应选择才起作用；“准)”是退格删除键，可删除错误输入。确ENTER(时间的单位，其中“Hz”键还有“频率、D区：参数单位选择区，包括幅度、电平、”的作用。认)，二功能选择键有键控制区，较常使用的“SHIFT”第：E区系统功能按”调用存储的设置信息键，SHIFT+CONFIG(PRESET)“RECALL”选择系统复位功能，“)”选择将设置信息保存功能。“SHIFT+RECALL(SA VE区：信号波形峰值检测功能选择区。F”扫描时SWEEP其他参数功能选择控制区，常用的有“区：BW”信号带宽选择及“G”是指显示屏幕从左边到右边扫描一次的时间。,“SWEEP间选择)-2所示。显示屏幕上的信息(如图参考电平线REF LEVEL=15dBm 输入预衰减值A TT=20dB 日期参数数值每格代表峰值状态的电平SPAN=10MHz 10dB 902.4M-5M=897.4M 902.4M+5M=917.4M -2)

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖] 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪一、方案论证频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较：方案一：模拟式频谱分析仪模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：

音频频谱分析仪设计

信号处理实验实验八：音频频谱分析仪设计与实现

一、实验名称：音频频谱分析仪设计与实现二、实验原理： MATLAB是一个数据信息和处理功能十分强大的工程实用软件，其数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令。本实验可以用MATLAB进行音频信号频谱分析仪的设计与实现。 1、信号频率、幅值和相位估计 (1)频率(周期)检测对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 (2)幅值检测在一个周期内，求出信号最大值ymax与最小值ymin的差的一半，即A = (ymax - ymin)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的ymax和ymin不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。 (3)相位检测采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-ti/T)，{x}表示x的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。频率、幅值和相位估计的流程如图所示。

其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。 2、数字信号统计量估计 (1) 峰值P的估计在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。P=0.5[max(yi)-min(yi)] (2)均值估计式中，N为样本容量，下同。 (3) 均方值估计

频谱仪的简单操作使用方法

R3131A频谱仪简单操作使用方法一．R3131A频谱仪简介。 R3131A频谱仪是日本ADV ANTEST公司的产品，用于测量高频信号，可测量的频率范围为9K—3GHz。对于GSM手机的维修，通过频谱仪可测量射频电路中的以下电路信号, （维修人员可以通过对所测出信号的幅度、频率偏移、干扰程度等参数的分析，以判断出故障点，进行快速有效的维修）： 1.手机参考基准时钟（13M,26M等）； 2.射频本振（RFVCO）的输出频率信号(视手机型号而异)； 3.发射本振（TXVCO）的输出频率信号（GSM:890M—915M;DCS:1710—1785M）； 4.由天线至中频芯片间接收和发射通路的高频信号； 5.接收中频和发射中频信号(视手机型号而异)。面板上各按键（如图-1所示）的功能如下： A区：此区按键是其他区功能按键对应的详细功能选择按键，例如按下B区的FREQ 键后，会在屏幕的右边弹出一列功能菜单，要选择其中的“START”功能就可通过按下其对（图-1） B区：此区按键是主要设置参数的功能按键区，包括：FREQ—中心频率； SPAN—扫描频率宽度；LEVEL—参考电平。此区中按键只需直接按下对应键输入数值及单位即可。 C区：此区是数字数值及标点符号选择输入区，其中“1”键的另一个功能是“CAL(校

准)”，此功能要先按下“SHIFT(蓝色键)”后再按下“1”键进行相应选择才起作用； “-”是退格删除键，可删除错误输入。 D 区：参数单位选择区，包括幅度、电平、频率、时间的单位，其中“Hz ”键还有“ENTER(确认)”的作用。 E 区：系统功能按键控制区，较常使用的有“SHIFT ”第二功能选择键，“SHIFT+CONFIG(PRESET )”选择系统复位功能，“RECALL ”调用存储的设置信息键，“SHIFT+RECALL(SA VE )”选择将设置信息保存功能。 F 区：信号波形峰值检测功能选择区。 G 区：其他参数功能选择控制区，常用的有“BW ”信号带宽选择及“SWEEP ”扫描时间选择,“SWEEP ”是指显示屏幕从左边到右边扫描一次的时间。显示屏幕上的信息(如图-2所示)。二．一般操作步骤。[“ ”表示的是菜单面板上直接功能按键，“ ” 表示单个菜单键的详细功能按键（在显示屏幕的右边）]： 1）按Power On 键开机。 2）每次开始使用时，开机30分钟后进行自动校准，先按 Shift+7（cal ），再选择 cal all 键，校准过程中出现“Calibrating ”字样，校准结束后如通过则回复校准前状态。校准过程约进行3分钟。 3）校准完成后首先按 FREQ 键，设置中心频率数值，例如需测中心频率为902.4M 的信

安捷伦glenB 频谱分析仪使用说明简介

Agilent E4402B ESA-E Series Spectrum Analyzer 使用方法简介宁波之猫 2009-6-17

1简介 Agilent ESA-E系列是能适应未来需要的Agilent中性能频谱分析仪解决方案。该系列在测量速度、动态范围、精度和功率分辨能力上，都为类似价位的产品建立了性能标准。它灵活的平台设计使研发、制造和现场服务工程师能自定义产品，以满足特定测试要求，和在需要时用新的特性升级产品。该产品

采用单键测量解决方案，并具有易于浏览的用户界面和高速测量的性能，使工程师能把较少的时间用于测试，而把更多的时间用在元件和产品的设计、制作和查错上。 2.面板操作区 1.观察角度键，用于调节显示，以适于使用者的观察角度。 2.Esc键，可以取消输入，终止打印。 3.无标识键，实现左边屏幕上紧挨的右边栏菜单的功能。 4.Frequency Channel（频率通道）、Span X Scale（扫宽X刻度）和Amplitude Y scale（幅度Y 刻度）三个键，可以激活主要的调节功能（频率、X轴、Y轴）并在右边栏显示相应的菜单。 5.Control（控制）功能区。 6.Measure（测量）功能区。 7.System（系统）功能区。 8.Marker（标记）功能区。 9.软驱和耳机插孔。 10.步进键和旋钮，用于改变所选中有效功能的数值。 11.音量调节。 12.外接键盘插口。 13.探头电源，为高阻抗交流探头或其它附件提供电源。 14.Return键，用于返回先前选择过的一级菜单。 15.Amptd Ref Out，可提供－20dBm的50MHz幅度参考信号。 16.Tab（制表）键，用于在界限编辑器和修正编辑器中四处移动，也用于在有File菜单键所访问对话框的域中移动。 17.信号输入口（50Ω）。在使用中，接50ΩBNC电缆，探头上必须串联一隔直电容（30PF左右，陶瓷封装）。探头实物：

基于DSP的简易频谱分析仪设计

基于DSP的简易频谱分析仪设计摘要我们对一个信号的认识只在时间域是远远不够的，所以还要在频域去认识和分析它。在电子测量中，测量网络阻抗特性以及传输特性是经常遇到的问题问题，其中，幅频特性、增益和衰减特性、相频特性等是属于传输特性内的。它很大程度方便了调整，校准被测网络及排除故障。本此设计制作了一个简易频谱分析仪从而可以更直观的看到信号的特性。为了实现这一目标，我们需要利用快速傅里叶变换（FFT）来实现对信号的频谱分析。由于DSP可以处理比较复杂的算法本次设计采用FFT算法通过DSP分析显示输入波形的频率值。关键词：频谱分析DSP FFT 显示频率

The Simple Spectrum Analyzer Design Based on DSP Abstract We can’t know a signal only in the time domain .It is far from enough, so we also recognize and analyze it in the frequency domain. In the electronic measurement, impedance and transmission characteristics of the network are often encountered in the measurement problems; Transmission characteristics include the gain characteristics, attenuation characteristics, amplitude-frequency characteristic and phase frequency characteristics. It provides a great convenience for the adjustment of the network under test, calibration and troubleshooting. We design a simple spectrum analyzer to see the characteristics of the signal more intuitively. In order to achieve this goal, we need to use the fast Fourier transform ，that is FFT which make spectrum analysis of the signal. Since the DSP can solve the more complex algorithms than others. Hence, we designed a simple spectrum analyzer using the FFT algorithm by DSP to show the frequency of the input waveform. Key word s: Spectrum Analyzer ; DSP; FFT ; Frequency Display

频谱分析报告仪地使用方法

频谱分析仪的使用方法 13MHz信号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用频率计可以确定13MHz电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下，频率计很难测到射频电路中的信号，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。一、使用前须知在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。 1．分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下：分贝数：101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA／B=10182’3dB，也就是说，A功率比B功率大3dB， 2．分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm。如果发射功率为40mw，则10g40w／1mw--46dBm。二、频谱分析仪介绍生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1．性能特点 AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。一般示波器在lmv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不稳定，甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题，即信号低于20mv频率计就无能为力了，如用示波器测量时，信号5％失真示波器看不出来，在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。

数字频谱分析仪设计论文

本科生毕业论设计论文题目：数字频谱分析仪姓名：学号：班级：年级：专业：学院：机械与电子工程学院指导教师：完成时间：

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

史上最好的频谱分析仪基础知识(收藏必备)

频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法，其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围极其宽广，超过140dB，这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源，天线，或信号分配系统的幅度与频率的关系，这种分析能给出有关信号的重要信息，如稳定度，失真，幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息，可以进行电路或系统的调试，以提高效率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。现代频谱分析仪已经得到许多综合利用，从研究开发到生产制造，到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪，已经成为具有重要价值的实验室仪器，能够快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。在制造领域，测量速度结合通过计算机来存取数据的能力，可以快速，精确和重复地完成一些极其复杂的测量。有两种技术方法可完成信号频域测量（统称为频谱分析）。 1．FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。 2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。

图1 信号的频域分析技术快速傅立叶变换频谱分析仪快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。信号必须在时域中被数字化，然后执行FFT算法来求出频谱。一般FFT分析仪的结构是：输入信号首先通过一个可变衰减器，以提供不同的测量范围，然后信号经过低通滤波器，除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量，再对波形进行取样即模拟到数字转换，转换为数字形式后，用微处理器（或其他数字电路如FPGA,DSP）接收取样波形，利用FFT计算波形的频谱，并将结果记录和显示在屏幕上。 FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能，但无需使用许多带通滤波器，它使用数字信号处理来实现多个独立滤波器相当的功能。从概念上讲，FFT方法

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪摘要：本系统采用TI 公司的16位单片机MSP430F149作为控制核心，采用外差原理设计并实现频谱分析仪，基于DDS 技术得到10 kHz 步进的本机振荡器，采用AD835进行混频，通过低通滤波器取出差频信号分量，再配合放大、检波电路得到各个频点的信号有效值。单片机MSP430F149与扫频同步输出锯齿波扫描电压，利用示波器X-Y 方式显示信号频谱分布。测量频率范围覆盖1MHz-30MHz ，可设定中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。关键词：MSP430F149，DDS ，混频，频谱分析一、系统方案 1. 方案比较与选择 1.1频谱分析仪的实现方案一：模拟式频谱分析仪模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1： U 图1 模拟外差式频谱仪原理框图图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率f L 在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量f x 在混频器中产生差频信号（f o = f x -f L ），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y 放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X 放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度。方案二：数字式频谱分析仪数字式频谱仪通常使用高速A/D 采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图3：图3 数字式频谱仪组成框图信号经高速A/D 采集送入处理器，通过硬件乘法器与本地由DDS 产生的本振扫频信号混频，变频后信号不断移入低通数字滤波器，然后提取通过低通滤波器的信号幅度，根据当前频率和提取到的幅度值，即可以绘制当前信号频谱图。但缺点是频率越高，对DSP 芯片的速度要求越高，相应价格也越昂贵。根据实际条件和成本上的考虑，在满足题目要求的前提下，我们选择方案一

基于DSP的简易频谱仪设计方案

基于DSP的简易频谱仪设计方案指导老师：姚振东班级：信处092 姓名：苟海军 2009021109 朱鑫 2009021114 郑顺 200902 二零一二年四月二十八日

摘要本文设计了一种实时信号频谱分析系统，该系统以TMS320VC5402DSP作为系统数据处理核心，首先对信号作滤波处理，再通过AD9200高速模数转换芯片对数据信号进行采样，最后通过串口在PC机上完成对数据的显示。其中，DSP芯片完成数模转换和FFT变换。应用DSP芯片，可以完全胜任较高频率信号处理的工作，在本系统中的信号频率为2MHz。另外，本系统的设计能够实现对信号的实时频谱分析并显示。关键词:频谱分析DSP FFT

Abstract This paper introduces the design of a real time signal spectrum analysis system,the system uses TMS320VC5402DSP as the core of data processing system,to complete the signal filter processing at frist and sampling the data signal by the high speed analog to digital conversion chip-AD9200.At last,the system will display the data by USART on the computer. What need points out is that DSP chip completes the conversion and FFT transform mainly. Application of DSP device can be fully qualified for the job that processing the high frequency signal.In addition,the frequency of the signal is about 2MHz.What's more,the design of this system can complete the real-time signal spectrum analysis and display. Keywords：Spectrum analysis DSP FFT

简易频谱分析仪1

简易频谱分析仪[2005年电子大赛二等奖] 文章来源：凌阳科技教育推广中心作者：国防科技大学李楠刘亮李俊发布时间：2006-8-30 11:46:44 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪一、方案论证频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较：方案一：模拟式频谱分析仪模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：

图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号（），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。方案二：数字式频谱分析仪数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2：图 1.2 数字式频谱仪组成框图按照对信号处理方式的不同，数字式频谱仪可分为以下三种： (1)基于FFT技术的数字频谱仪：这种频谱仪利用快速傅里叶变换可以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。FFT技术的数字式频谱分析仪在速度上明显超过传统的模拟式频谱分析仪，能够进行实时分析。但由于FFT所取的是有限长度，运算的点数也是有限的，因此，实现高扫频宽度和高频率分辨率需要高速A/D转换器和高速数字器件的配合。

基于matlab的频谱分析仪设计

Frequency Analyzer YangXiao M2013705103 HuaZhong University of Science and Technology School of Mechanical Science and Engineering Abstract: Matlab Is a numerical analysis, matrix calculation, scientific data visualization and nonlinear dynamic state system modeling and simulation, and other functions of practical software engineering.It’s easy to use the windows environment and cast off a tradition on the interactive programming language (such as C, Fortran) Edit mode In large range.In this report,The task is to design a frequency analyzer by using matlab. Keyword:frequency analyzer;Matlab;time-domain analysis;frequency-domain analysis;

1.Preface MATLAB is called Matrix Laboratory，which is designed by the United States MathWorks company.It’s a commercial mathematical software. Matlab can be use for Matrix operations, mapping functions and data, algorithm, creating the user interface, connect to other programming languages procedures, mainly used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, design and financial modeling analysis and other fields. GUI (Graphical User Interface, referred to as GUI, known Graphical User Interface) is displayed using the graphical user interface of computer operations.. Matlab has a powerful GUl tool. In this report, by using matlab GUI tool we could design a frequency analyzer. Frequency analyzer is the instrument which could be used to study the structure of the electrical signal spectrum, and used to measure the signal parameters of signal distortion, modulation, frequency stability and spectral purity.Frequency analyzer could be used to measure some parameters of amplifier and filter circuit system , and it is a kind of multipurpose electronic measuring instrument. FFT (Fast Fourier Transformation) is the fast algorithm of DFT(discrete Fourier transformtion), which is based on discrete Fourier transform.By using FFT we could get the answer faster than DFT.