2017全国大学生电子设计竞赛H题

年全国大学生电子设计竞赛

远程幅频特性测试仪（H题）

2017年08月12日

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2017

摘 要

本幅频特性测试装置采用STM32F407为主控芯片，通过集成DDS芯片AD9959作为信号源，实现了幅度和频率的动态可调；通过级联两块AD8367作为放大器，实现了增益0-40dB连续可调,具有较好的噪声抑制效果；通过AD8310对数检波模块，实现了不同频率信号幅度的测量，并且能够定性的绘制出幅频特性曲线.

关键词：幅频特性测试装置；DDS；VGA；低噪；对数检波

Abstract

The amplitude frequency characteristic test device uses STM32F407 as the main control chip, through the integrated DDS chip AD9959 as the signal source, to achieve the amplitude and frequency of the dynamic adjustable; through the cascade of two AD8367 as an amplifier, to achieve a gain of 0-40dB continuously adjustable , With good noise suppression effect; through the AD8310 logarithmic detection module, to achieve a different frequency signal amplitude measurement, and can qualitatively draw the amplitude and frequency characteristics of the curve.

Keyword: amplitude frequency characteristic test device；DDS;VGA;low noise；logarithmic detection

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目录

一．方案论证 ..................................................................................................................

１．１ 方案比较与选择 ..........................................................................................

１．２ 方案描述......................................................................................................

二．理论分析与计算 ...................................................................................................

２．１ DDS模块 .....................................................................................................

２．２ 放大器模块.................................................................................................. ２．３ 幅值测量模块.............................................................................................. 2. 4 π型衰减网络

三．电路与程序设计 ...................................................................................................

３．１ 电路设计 ......................................................................................................

３．2 程序设计........................................................................................................

四．测试方案与测试结果 .......................................................................................... 五．结论 ............................................................................................................................

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远程幅频特性测试装置（H题）

一.系统方案

1.方案比较与选择 1）信号源模块： 方案一：

采用直接数字频率合成（DDS）方案。DDS技术具有输出频率相对较宽，频率转换时间短，频率分辨率高，全数字化结构便于集成，以及相关波形参数（频率、相位、幅度）均可实现程控的优点。

方案二：采用锁相环间接频率合成方案。锁相环频率合成在一定程度上解决了

既要求频率稳定精确、又要求频率在较大范围可调的矛盾。但输出频率易受可变频率范围的影响，输出频率相对较窄，不能满足题目1MHz-40MHz的高频要 求。

采用集成芯片AD9855或FPGA可实现题目对扫频信号源的要求。因此选用方案一。

2）连续可调放大器模块

方案一：可切换的多级放大电路。

由运算放大器和模拟开关控制的电阻网络组成。实现方法相对简单，但模块电路庞大，级数增加系统较为冗余且稳定度降低。

方案二：基于低噪声运算放大器AD8099的级联可控增益放大器。

使用低噪声运算放大器AD8099搭建两级可控增益放大器，每级增益从0到20dB,通过两级运算放大器级联得到满足题目要求的0到40dB连续可调放大器模块。但使用AD8099搭建的放大电路增益不够稳定，带内波动较为严重,且低增益或高增益时系统容易自激。

方案三：基于VCA821搭建的可控增益放大器模块。

使用VCA821搭建VGA模块来实现本题所需功能，但芯片较为昂贵且不满足题目部分要求。

方案四：基于AD8367的可控增益放大器模块。

使用两片AD8367搭建满足题目要求的连续可调的放大器模块。AD8367具有良好的线性增益曲线，且增益稳定，带内波动幅度小，并能使用5V单电源 综上可知，虽然AD8367噪声系数相较于AD8099等低噪放偏大，但属于接受范围并且易于解决。AD8367电路简单，搭建方便，供电方便，故本系统最终采用方案四。

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3）滤波器模块

方案一：有源滤波器。

使用运算放大器搭建本题所需带通或低通有源滤波器。能够有效的抑制谐波。但搭建较为复杂，调试麻烦。

方案二：无源滤波器

使用LC网络搭建无源滤波器。

无源滤波器具有结构简单，成本低廉，运行可靠性较高，搭建和调试更为快捷。故本方案选择无源LC网络。

系统总框图如下： 主控 DDS 放大器 滤波除噪 MCU 锯齿波

示波器 幅频特性 图

图1系统框图

检波测幅 5