《论文_简易频谱分析仪(定稿)》

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1、简易频谱分析仪作者：尹三正翟勇蔡浩赛前辅导及文稿整理辅导教师：尹仕摘要：本设计利用外差原理，以单片机为核心，辅助以FPGA等实现半数字化的频谱分析。系统由4个模块组成：混频模块,信号采集模块，频谱图显示模块，输入波形识别模块。混频模块将输入信号与本振信号进行混频得到小频信号；信号采集模块对中频信号进行检波和AI）采样，将采样数据存入单片机；采样数据经单片机处理后送给FPGA,由FPGA利用示波器的XY通道完成频谱图显示；单片机通过对采集到的数据进行分析來判定波形，同时采用等精度测量法测量输入信号屮心频率。通过采用一定算法对输入信号进行处理

2、，消除低中频带来的镜像干扰。关键词：频谱，扫频，混频，屮心频率Abstract：KeyWords：spectrum，frequencyscan,frequencymixture,thecenterfrequcncy一.方案设计和论证本题目要求采用外差原理实现频谱分析仪，“外差”是变频的意思，因此将输入信号加到济弟常z的信号提取出引Y输入信号-攵卿后可通过fPga120pFHH样，通过识别罪所示。方案一：£inkToCarrierDetectIndicator39K0.01—1—.1X0.1-II-1—0.1T卜CeramicFilter4

3、55kHz01200kr10245MHz50—DI124223322421520MC3362t619718817916101511141213-I—0.01--TFromPLLPhaseDetectorX041pHaToPLLorPrescalerCeramcFilter107MHz1.0+—HI——014^10k►DataVCc窄带调频接收Hg：翻j4=0001aRecovered82k土o01Audio曽将落入中频带亍字入单片机，鷗入信号整形;I勺频谱图不一玄框图如图1.1—»示波器―►左司生产的单片图1.2：MC3362典型电路载频

4、信号从MC3363的2脚输入，进行第一•级混频后将差频为10.7MHz的第一中频信号从23脚输出，经中频为10.7M的陶瓷滤波器选频后再由21脚送到内部的第二混频级,将差频为0.455MHz的第二中频信号从7脚输出,经455kHz陶瓷滤波器选频，再经9脚送入MC3363的限幅放人器进行高增益放人。方案二：用乘法器和带通窄带滤波器搭建混频器：选用AD835作为乘法器，将本振信号和输入信号相乘得到二者频率的和差信号，达到混频的效果，与较常用的乘法器MC1596相比，其两路输入信号幅值可达到±山，对噪声可形成较强的抑制能力，而MCI596两个输

5、入端允许的最大信号幅值分别为15mV和100mV,信噪比较低。带通窄带滤波器选用陶瓷滤波器，它的等效品质因数©为几百，比LC滤波器要高，对通带外的信号能形成很强的衰减。论证：方案一只需一块集成芯片即可实现混频和中频输出，但与方案二相比其外围屯路过于复杂，而且其混频输出信号没有AD835干净，对输出噪声的抑制能力也较差。因此选择方案二来完成混频输出。2.本机振荡器：输入信号频率范帀为1MHz〜32MHz,故要求本机振荡器的振荡频率要大丁•该值一个中频。方案一：采用LC正弦波振荡器与变容二极管产生木振频率，通过改变变容二极管两端电压，使振荡电

6、路输出频率发生改变。方案二：采用FPGA实现。将正弦波信号的一个周期的离散样点的幅度数值量存于RAM中，以一定的地址间隔读出，经DA转换器转换输出，再经低通滤波滤除D/A带来的高次谐波，即可获得所需要的波形。方案三：采用专用DDS集成芯片来产生正弦波。论证：方案一为传统的振荡器电路形式，组成电路繁琐而且不易实现频率线性步进，而且要实现29M的频率变化范围难以实现；方案二采用FPGA产生正弦波，通过改变地址步进间隔即可实现不同频率输出，但要以较小失真度产生30M正弦信号，比较困难。而采用专用DDS集成电路只需少星外围元件就能构成一个完整的信

7、号源，而且控制方便，因此我们选择方案三。二、理论分析和参数计算1.混频模块(1)中频的选择：混频器的输出信号中除了需要的差额信号外，还存在一些谐波频率和组合频率，如果这些组合频率接近中频并落在中频放人器的通频带内，则会形成干扰。设本振信号频率为九。，输入信号频率为人，中频为％,组合频率为人，当fk=±pfLO±clfs^fi时会形成干扰。取青哆令颈能存在的情况，得到：Zq_p用不同的P，q值带入上式算出相应的值，得表如下：表2.1：组合频率选取参考表编号12345678910P0112123123q123344455512132/33/2

8、41/212编号11121314151617181920P4123412312q5666677788Z/Z52/53/44/35/21/33/512/71/2结合扩展部分，本题要测量的波段范围