【摘要】 文章介紹了一種運(yùn)用正交解調(diào)原理，實(shí)現(xiàn)頻率特性測(cè)試儀的方法。以51單片機(jī)來控制AD9854 ， 產(chǎn)生兩路頻率范圍為1MHz～40MHz且頻率可設(shè)置的信號(hào)，兩路信號(hào)正交（相角差90度）。其中一路信號(hào)通過待測(cè)網(wǎng)絡(luò)，分別與原來的正交信號(hào)相混頻。經(jīng)過低通濾波器，產(chǎn)生兩路I和Q信號(hào)，經(jīng)過AD采樣，單片機(jī)設(shè)計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，得到待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位相應(yīng)的特性。并通過顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

【關(guān)鍵詞】 掃頻信號(hào) 頻率特性

一、理論分析與計(jì)算

1、系統(tǒng)原理

單片機(jī)控制DDS模塊（AD9854）來產(chǎn)生各點(diǎn)頻和掃頻信號(hào)。但是產(chǎn)生出來的信號(hào)一般幅值較低，所以還要經(jīng)過穩(wěn)幅放大過程。然后將其中一路信號(hào)通過被測(cè)網(wǎng)絡(luò)，從被測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸出后再分別與兩路正交信號(hào)混頻，之后再分別通過低通濾波，及AD轉(zhuǎn)換，將其結(jié)果通到顯示模塊上顯示出被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性。

2、信號(hào)源產(chǎn)生部分

可以考慮用分離元件搭出VCO電路來產(chǎn)生所要求的正交信號(hào)，VCO電路是通過電壓來控制產(chǎn)生信號(hào)的頻率的。所以可用來產(chǎn)生各點(diǎn)頻和掃頻信號(hào)，其正交信號(hào)可通過一個(gè)90度移向網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。方案雖然可以實(shí)現(xiàn)，但是電路復(fù)雜，易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，而且其頻率調(diào)節(jié)不能數(shù)字控制，電路之間也容易產(chǎn)生較大的干擾。利用單片機(jī)或者FPGA控制AD9851來產(chǎn)生想要的波形。該方法優(yōu)勢(shì)明顯，加入單片機(jī)或者FPGA后，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鍵控，可以通過鍵盤來輸入想要的頻率點(diǎn)或選擇掃頻信號(hào)，其正交信號(hào)也可以通過軟件編寫來控制另一個(gè)DDS模塊產(chǎn)生。其不足之處在于產(chǎn)生的正交信號(hào)較難保持90度的穩(wěn)定相差，這是由于器件本身原因造成的。如果DDS模塊使用AD9854來實(shí)現(xiàn)，能夠確保兩路信號(hào)正交，只需再將輸出信號(hào)穩(wěn)幅放大。

3、放大穩(wěn)幅模塊

通過負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制（AGC）。使用AD603來實(shí)現(xiàn)，該方案可以采用數(shù)字方式，即通過單片機(jī)在輸出端口采樣計(jì)算，產(chǎn)生負(fù)反饋，也可以 在其輸出后級(jí)直接增加反饋電路，采用模擬方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制（AGC）。

4、混頻部分

乘法器可以采用芯片MC1496來實(shí)現(xiàn)。但是外圍電路過于復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)顯示其輸出的載波頻率較高，噪聲也比較大。而芯片AD835用于混頻時(shí)，其外圍電路簡(jiǎn)單，管腳較少，輸出干擾較小。輸入幅值范圍是-1～+1V。

5、濾波器設(shè)計(jì)

低通濾波部分采用MAX295芯片來實(shí)現(xiàn)。MAX295是8階的巴特沃斯低通濾波器，具有最大的通帶平坦度，其3dB截止頻率范圍為0.1Hz～50KHz。5腳即為輸出口。其時(shí)鐘對(duì)3dB截止頻率的的比為50：1，所以其時(shí)鐘最大可到2.5MHz。

6、ADC設(shè)計(jì)

為了提高轉(zhuǎn)換精度，采用AD574作為ADC轉(zhuǎn)換芯片。AD574A是美國(guó)模擬數(shù)字公司推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。其分辨率為12位。為了節(jié)省單片機(jī)端口，采用一個(gè)ADC加電子開關(guān)的方法來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)ADC的功能，可以節(jié)省一半的單片機(jī)端口。將單片機(jī)的一端口作為控制端，高電平時(shí)傳輸I路信號(hào)，低電平時(shí)傳輸Q路信號(hào)，這樣可以讓兩路信號(hào)公用一組并行數(shù)據(jù)口。

二、測(cè)試方案和測(cè)試結(jié)果

頻率可設(shè)置，采取了數(shù)字鍵控的方法，可以手動(dòng)輸入一個(gè)頻率值，也可以手動(dòng)輸入掃頻信號(hào)的起始值、步進(jìn)以及終止值，這樣就達(dá)到了頻率可設(shè)置，可進(jìn)行掃頻，掃頻范圍和步進(jìn)可調(diào)的條件。DDS芯片AD9854能產(chǎn)生嚴(yán)格的正交信號(hào)，經(jīng)示波器實(shí)際觀測(cè)相位誤差小于5°。一次掃頻小于2s。經(jīng)測(cè)量數(shù)據(jù)如下：1MHz：1.06V 1.04V；5MHz：1.06V，1.04V；10MHz：1.06V，1.01V；40MHz：1.02V，1.18V。一次掃頻用時(shí)：1.6s（泰克60M示波器測(cè)量）。

該系統(tǒng)較為完整的實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易頻率特性測(cè)試儀，包括基礎(chǔ)部分和提高部分。在制作過程中遇到很多問題，例如阻抗匹配，噪聲，輸出相位浮動(dòng)問題。通過加粗地線，添加磁珠有效的降低了噪聲。使用9851很難使相位穩(wěn)定相差90度，改用同一晶振能基本同步，但是也會(huì)偶爾發(fā)生跳變，故使用9854代替，較好輸出正交信號(hào)。并且在提高部分較大的提高了精度。