一种信号幅频特性测试装置的设计
方案采用扫频法。其原理为使信号源输出的频率按特定规律自动连续并且周期性重复，利用双核心系统板将输出送到示波器上显示，从而得到幅频特性曲线。该方案不会出现频率点离散而遗漏细节的问题，并且得到的是动态频率特性，更符合实际应用。其总体框图如图1所示。
2 硬件电路设计
2.1 信号发生器电路分析与设计
信号发生器电路主要由两部分组成：AD9851核心电路和七阶无源滤波器电路。下面分别介绍这两部分电路。
2.1.1 AD9851核心电路分析与设计
AD9851核心电路中DDS芯片以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D/A变换器产生所需的正弦波。在本电路中，输出电流IOUT1和IOUT2引脚并接电位器到地，使AD9851正弦波输出幅值可以满足要求，通过改变可变电阻阻值即可改变输出电压值。
2.1.2 七阶无源滤波器分析与设计
七阶无源低通滤波器能够有效抑制DDS的输出杂散，滤除杂波得到有用的信号。其设计原理如下：
①根据所需的截止频率，计算M的值：M=所需截止频率/归一化截止频率。
②由M的值算电路所需的电感和电容值：L（new）=L（old）/M，C（new）=Cold） /M。
③根据所需特征阻抗算得K值：K=待设计滤波器特征阻抗/归一化滤波器特征阻抗。
④由K值求得最终的电感和电容值：L= L（new）×K，C=C（new） /K。
根据以上步骤，以特征阻抗50Ω，截止频率77MHz，可算得所需满足的低通滤波器的元件值。
2.2 放大器电路分析与计算
AD603带内纹波较大，而两级级联时最大增益可达60dB，因此，模块中在两级AD603中间加了低通滤波器使通带内平坦。为拓宽其增益范围及带宽范围，本电路最后一级设计了放大电路，通过改变电阻值就可以改变其放大倍数，从而提高输出电压值。电路框图如图2所示。
该放大电路由射极跟随器AD603放大电路和增益控制电路组成，下面分别介绍这三部分电路。
2.2.1 电压跟随器
为满足放大器输入阻抗的要求，在放大电路前端设计一个电压跟随器，实现输入阻抗匹配。
2.2.2 AD603电路
AD603放大电路由两级程控放大及末级增益放大组成，为了使通带内输出平坦，在第一级和第二级之间加入低通滤波器。两级AD603的控制模式都选择90MHz带宽模式，按照官方芯片手册的连接方式来设计电路，两级AD603的增益控制引脚直接短接，实现增益的同步设置。末级放大器连接方式为同相输入比例放大，其增益由电阻的比值来确定。
2.2.3 增益控制电路
由于AD603的有效增益控制范围有限，故可通过调节电位器的阻值来控制所需的电压值，使VG的变化范围达到所需要求。
2.3 幅频特性测试装置
用STMF103和CycloneIV EP4CE622C8双核心系统板作为该幅频特性测试装置。将数据输入控制模块的6位输出地址作为ROM输入数据缓存，此时的输出即为FFT输入信号的实部。经过ROM控制模块得到FFT的全部输入信号，输入IP核中进行傅立叶变换。
3 程序的设计
AD9851内部含有高速、高性能的10位D/A转换器，可用作全数字编程的频率合成器，可产生稳定、纯净的正弦波，其产生正弦波的流程图如图3所示。
软件流程图如图4所示，系统首先时钟初始化，AD采样电路开始采样前端放大电路的输出信号，由于FFT运算模块和采样模块速率差别很大，因而选用一个FIFO缓冲，采样完毕的数据输入FPGA内FIFO缓存，FIFO写满后依次输出到FFT IP核运算，运算成功则将频率及幅值信息保存在ROM中，并且给ARM输出中断信号，运算失败则返回至FFT IP核的调用。ARM这边收到FPGA发出的中断信号，调用终端服务程序，从FPGA的ROM中读取频率及幅值信息。
在本设计中，控制及计算部分都由FPGA来实现。其中Nios核完成键盘控制，液晶显示、FFT算法实现、功率计算、周期性判断及失真度测量的功能;而自动增益控制、A/D转换控制以及数字滤波器则由VHDL语言实现，以减轻CPU的负担，同时两部分并行处理提高了系统的速度。
4 结语
文章自主研究并设计出一种可远程显示信号幅频特性的测试装置，在硬件上集中分析了放大电路、增益控制电路、滤波电路等电路设计;在软件上，采用FP-GA+ARM异构设计，在FPGA中输入FIR）、调用IP核、实现FFT运算对信号进行快速处理，经过FSMC总线连接ARM进行控制和幅频特性显示。整套装置设计原理较为创新，实现效果比较理想，可以很好的运用于课题学习制作中。
参考文献
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