一种频率特性测试仪的设计

　　频率特性的测量采用扫频的方法实现，用AD9851产生扫频信号，可产生频谱纯净、频率范围广且稳定度非常高的正弦波。通过二极管负反馈桥式限幅放大电路及有效值采样电路等实现频响特性的测量，最后用示波器显示被测网络的幅频特性及相频特性。

　　本系统的一个特点是采用了较多串行芯片(AD9851，TLV1544和TLV5638)。为了使电路中的信号干净，应减少电路连线，采用串行芯片可以有效精简电路，保证电路的稳定性和减少信号噪声。但由于串行芯片牺牲了程序的时间效率，所以应该合理设计程序结构。

　　1 系统方案论证与选择

　　1.1 幅度测量电路的设计与论证

　　方案1：峰值检波电路。基本的峰值检波电路是由二极管电路和电压跟随器组成，通过电容的充放电实现。此电路测量低频信号时检波的纹波较大，适合于测量中高频率段的信号。

　　方案2：真有效值检波。从真有效值检波的工作原理可以分为线性有效值检波器、对数有效值检波器和数字有效值检波器。典型的真有效值转换芯片为AD637，使用AD637在测量峰值系数高达10的信号时附加误差仅为1%，且外围元件少、频带宽。

　　综上，选择方案1。

　　1.2 相位测量电路的设计与论证

　　方案1：波形分析法。采用两片高速A/D转换芯片同时对输入的两路信号进行等时间间隔采样并将采样结果分别存储，然后对所测信号的波形数据进行分析。扫描存储在RAM中的波形数据，计算两片A/D转换器采集两部分波形数据的最大值或最小值的时间间隔，则信号的相位差为：φx=(Tx/T)x360°其中，Tx为两路信号相临极值的时间间隔，T为信号周期。

　　方案2：计数法。将两路被测信号经过异或门后，产生一个鉴相脉冲信号，送入FPGA进行记数，计数值为N。若信号频率为，f，计数频率为fclk，则相位差为：φx(Nf/fclk)x360°，可判断被测信号是比标准信号相位超前还是滞后。由于相差在0°～180°之间和360°～180°之间是对称的，异或后的计数值是相同的，故需加上一极性判别电路。相位的极性判决电路可由D触发器实现，将两路信号接D触发器的D端和CP端，从0端输出的高低电平可判别相差的极性。

　　方案1需要用软件对大量的波形数据进行处理才能达到较高的精度，且采集时间间隔难以精确控制，主要适用于精度要求不是很高的情况。方案2的测量过程可以全部由FPGA实现，AD9851产生的信号频率f已知，无需测频，所以这种方法非常容易实现，而且采用FPGA的40 M高频晶振计数，测量精度和测量范围都得到提高。因此采用方案2。