一种基于外差扫频原理的频谱分析仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于外差扫频原理的频谱分析仪，包括FPGA控制电路、预选器、射频放大器、本振信号发生器、混频器、程控低通滤波器、中频放大器、检波器、显示屏。本实用新型专利技术基于外差扫频原理，采用Altera公司的CycloneⅢ系列的FPGA电路为控制核心，可对1MHz~70MHz的信号进行频谱分析，频率分辨率可选100kHz，10kHz，1kHz三档，用户可以根据分析信号的需要，选择合理的频率分辨率；以FPGA控制电路为时序控制核心，能够保证外差步进扫频、双频数字检波的时序准确可靠；合理设置扫频步进方案，选择了高性能的器件，采用了滤波，去耦，噪声隔离等技术，提高了频谱分析仪的采样精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子测量仪器
，尤其涉及一种频谱分析仪，具体涉及一 种基于外差扫频原理的频谱分析仪。
技术介绍
频谱分析仪是分析电信号频域特性的有效工具。通过对信号进行频域分析，可以 获得被测信号的频率、功率、谐波、杂波、噪声、干扰、失真等信息，可以测量放大器和滤波器 电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器，又可以称之为频域示波器。 频谱分析仪一般分为实时频谱分析仪和扫频频谱分析仪。 实时频谱分析仪能实时显示测量信号在某一时刻的所有频率成分，实现的方法通 常可以采用多路并联的宽带放大器和带通滤波器，现在这种方法基本淘汰。另外一种实时 频谱分析的方法是采用快速傅里叶变换（FFT)的方法，但是这一般无法用于高频范围。 扫频频谱分析仪有调谐滤波式和超外差式两种。目前大量使用的是超外差式频谱 分析仪。超外差式频谱分析仪主要包括射频输入衰减器，预选器或低通滤波器，混频器，中 频放大器，中频滤波器，检波器，视频放大器，本振，扫描发生器和显示器。 目前，市场上的频谱分析仪已经拥有较全的测量功能，但是仍存在价格昂贵、携带 不便、结构复杂、专用性差等问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种性能可靠、价格低廉的基于外差 扫频原理的频谱分析仪。 本技术所采用的技术方案是： -种基于外差扫频原理的频谱分析仪，包括FPGA控制电路、预选器、射频放大器、 本振信号发生器、混频器、程控低通滤波器、中频放大器、检波器及显示屏； 所述的预选器的输入端用于输入待测的输入信号，所述的射频放大器的输入端与 预选器的输出端相连用于对输入的待测信号放大，所述的本振信号发生器的输出端和射频 放大器的输出端分别连接到混频器的两个输入端，所述的混频器的输出端连接到程控低通 滤波器的输入端，所述的程控低通滤波器的输出端连接到中频放大器的输入端，所述的中 频放大器的输出端连接到检波器的输入端，所述的FPGA控制电路连接本振信号发生器用 于控制本振信号的扫描步进，所述的FPGA控制电路连接程控低通滤波器用于控制频谱测 量分辨率，所述的FPGA控制电路连接检波器用于测量中频信号的幅度，所述的FPGA控制电 路与显示屏相连用于显示测量结果和输入测量参数。 其中，所述的FPGA控制电路的核心器件为NIOSII嵌入式处理器。 其中，所述的用于滤除测量范围之外的高频噪声的预选器采用7阶无源巴特沃斯 低通滤波器，所述7阶无源巴特沃斯低通滤波器的截止频率是120M。 其中，所述的用于对输入信号进行同相放大的射频放大器采用宽带、低失真运放 THS3091。 其中，所述的本振信号发生器包括DDS芯片AD9854及其外围供电电路、晶振电 路、滤波电路；其中，AD9854供电分为数字供电部分和模拟供电部分；所述供电电路使用 LM1085-3. 3作为供电稳压芯片；以电容和电感形成的所述滤波电路为7阶无源巴特沃斯低 通滤波器，截止频率120MHz，本振信号在1MHz~70MHz的工作范围内不衰减；所述晶振电 路是以20. 000MHz有源晶振为核心，使用差分接收器MC100LVEL-16将有源晶振的输出时钟 由单端信号转换为差分信号，给AD9854提供工作参考时钟。 其中，所述的混频器采用250MHz带宽、电压输出型的模拟乘法器AD835,输入信号 的峰峰值不超过±IV。 其中，所述的程控低通滤波器采用LTC1068,将LTC1068的外围电路配置成8阶椭 圆低通滤波器形式，所述的程控低通滤波器的截止频率由FPGA控制电路的时钟频率控制。 其中，所述的中频放大器采用宽带、高性能的电压反馈型运放0PA690,将8阶椭圆 低通滤波器的输出信号放大。 其中，检波器采用双频数字检波的方法，双频数字检波使用除采样频率不同，其他 参数完全相同的两个AD转换器，将信号的瞬时幅值采样进入FPGA控制电路比较采样值的 大小，从而得出信号的峰值；其中，两个ADS805的反向输入端连接到同一个2. 5V的外部参 考电压芯片，同相输入端连接到中频放大器的输出端。 其中，所述的显示屏采用TFTLCD电容式触摸屏，并由FPGA控制电路驱动； 所选用的TFTIXD电容式触摸屏分辨率为800*480,16位真彩显示，支持5点同时 触摸。 有益效果： 本技术所述的频谱分析仪是基于外差扫频原理，以NIOSII嵌入式处理器为 控制核心，能够分析1MHz~70MHz信号的频谱，频率分辨率可选100kHz，10kHz，1kHz三种， 并且可以根据用户需求，输入分析的中心频率和带宽。本技术所述的频谱分析仪是以 FPGA控制电路为时序控制核心，能够保证外差步进扫频、双频数字检波的时序准确可靠； 合理设置扫频步进方案，选择了高性能的器件，采用了滤波、去耦、噪声隔离等技术，提高了 频谱分析仪的采样精度和可靠性。性能可靠、价格低廉。【附图说明】图1 :本技术实施例的一种基于外差扫频原理的频谱分析仪的结构图。 图2:本技术实施例的预选器电路图。 图3 :本技术实施例的射频放大器电路图。 图4 :本技术实施例的扫频步进原理图。 图5(a):本技术实施例的本振信号发生器的主电路图。 图5(b):本技术实施例的本振信号发生器的供电电路电路图。 图5(c):本技术实施例的本振信号发生器的晶振电路电路图。 图5(d):本技术实施例的本振信号发生器的AD9854芯片结构图。 图6:本技术实施例的混频器电路图。 图7 :本技术实施例的程控低通滤波器电路图。 图8 :本技术实施例的中频放大器电路图。 图9 :本技术实施例的检波器电路图。【具体实施方式】 为了方便本领域普通技术人员理解和实施技术，下面结合附图及实施例对本 技术做进一步的详细描述，应当理解此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用 新型，并不用于限定本技术。 图1 :本技术实施例的一种基于外差扫频原理的频谱分析仪的结构图。如图 1所示，本技术所述的一种基于外差扫频原理的频谱分析仪，包括FPGA控制电路、预 选器、射频放大器、本振信号发生器、混频器、程控低通滤波器、中频放大器、检波器及显示 屏； 所述的预选器的输入端用于输入待测的输入信号，所述的射频放大器的输入端与 预选器的输出端相连用于对输入的待测信号放大，所述的本振信号发生器的输出端和射频 放大器的输出端分别连接到混频器的两个输入端，所述的混频器的输出端连接到程控低通 滤波器的输入端，所述的程控低通滤波器的输出端连接到中频放大器的输入端，所述的中 频放大器的输出端连接到检波器的输入端，所述的FPGA控制电路连接本振信号发生器用 于控制本振信号的扫描步进，所述的FPGA控制电路连接程控低通滤波器用于控制频谱测 量分辨率，所述的FPGA控制电路连接检波器用于测量中频信号的幅度，所述的FPGA控制电 路与显示屏相连用于显示测量结果和输入测量参数。 在本方案中，所述的FPGA控制电路的核心器件为NIOSII嵌入式处理器。 本技术所述的频谱分析仪是基于外差扫频原理，以NIOSII嵌入式处理器为 控制核心，能够分析1MHz~70MHz信号的频谱，频率分辨率可选100kHz，10kHz，1kH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外差扫频原理的频谱分析仪，其特征在于，包括FPGA控制电路、预选器、射频放大器、本振信号发生器、混频器、程控低通滤波器、中频放大器、检波器及显示屏；所述的预选器的输入端用于输入待测的输入信号，所述的射频放大器的输入端与预选器的输出端相连用于对输入的待测信号放大，所述的本振信号发生器的输出端和射频放大器的输出端分别连接到混频器的两个输入端，所述的混频器的输出端连接到程控低通滤波器的输入端，所述的程控低通滤波器的输出端连接到中频放大器的输入端，所述的中频放大器的输出端连接到检波器的输入端，所述的FPGA控制电路连接本振信号发生器用于控制本振信号的扫描步进，所述的FPGA控制电路连接程控低通滤波器用于控制频谱测量分辨率，所述的FPGA控制电路连接检波器用于测量中频信号的幅度，所述的FPGA控制电路与显示屏相连用于显示测量结果和输入测量参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：项进喜，占伟杰，田震，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42