这里先给出另外两篇训练总结的链接,
信号源部分总结
放大器部分总结
前两篇主要总结了硬件部分的信号源以及放大器模块,这一篇就来说说这一题的关键部分也是最后一部分----信号采集部分。
因为我们老师对双绞线的功能进行了削弱,只把它当被测网络处理,故这里不再添加加法器把幅频信号叠加在一起再通过双绞线传输。
这里给出我们整道题的设计思路框图。
频率特性描述系统的内在特性,与外界因素无关,是一种以频率为变量描述系统特性的方法。当无法确知电路的详细结构与元件的详细参数,该问题就成为了“黑箱”或“灰箱”问题。由于采用频率特性描述系统时,无需知道网络内部结构与参数,只需知道系统的输入和输出,因此频率特性在工程实践和科学实验中都有着广泛的应用。频率特性测试仪通过测量网络的输入和输出经计算得出。
假设输入信号为:
根据傅立叶变换得到:
由于只关心信号的幅频特性,去其绝对值:
所以,为了能够充分的检测到1MHz-40MHz的信号,我们使wo=w1,则w1-w0为一直流,通过低通滤波器后,可以进行高精度的采样,得到准确的幅度信息。
放大器扫频经被测网络输出交流信号,需要将其转换为直流送AD采集,在此提出两种不同的检波方案供读者选择,这两个方案最终都能实现。
这里给出AD835乘法器模块图及芯片手册
这里给出运算过程。
需要注意的是,这里的A表示的是有效值的峰值,读者在自己测试的时候,一定要注意分清有效值、峰峰值与峰值。这里给出两组我们自己测试出的数据给大家参考。
在输入两路1MHz、1Vrms正弦时,过乘法器与滤波后输出为2MHz、250mVpp。
在输入两路1MHz、1Vpp正弦时,过乘法器与滤波后输出为2MHz、60mVpp。
以上是交流信号,AD835乘法器模块自身还带有30mV偏置,需要后续单片机处理掉。
最后单片机再将输出的信号进行处理,还原成原始幅度信息即可。
使用集成式对数放大器AD8310搭建对数建波模块。其响应速度快,并可提供较宽的动态范围和良好的温度稳定性能。
使用AD8310对数放大器进行对数检波,其输出电平与信号幅度的关系为:
其中,Vout是输出电平,VY是斜率电压,VIN是输入电压,Vx是截止电压。根据器件特性与电路设计出Vy与Vx 。只要通过信号源在输出幅度一定的前提下进行快速线性扫频,对数检波输出电平的快速变化即可反映为幅频特性曲线。由于示波器依赖捕获功能来显示波形,只要在扫频开始时生成一个脉冲信号触发示波器开始捕获,在下一次扫频开始时重复上述操作,便能截取出一个扫频周期内稳定的幅频特性曲线。
显然,作为一个能测试待测网络幅频特性的装置,装置本身不应该有明显异常的幅频特性,即在题目要求的1MHz-40MHz频率范围内,装置本身的输出信号应该与输入信号的幅频特性大致相同。
本题中容易造成此类问题的地方主要有:
①自制的滤波器可能会引起信号在1MHz-40MHz的衰减或增益
②硬件电路各级会引入或大或小的噪声
③芯片带宽可能不满足题目要求
对于异常的频率点,可以通过软件补偿的方式,也可以通过修改硬件电路的方式,均可达到预期。
软件扫频周期应该设置合理,过长会导致示波器显示过慢,出现的波形断断续续甚至变成点,过短会导致单片机或系统的硬件电路响应速度跟不上。请读者根据自身情况调整。
我们组以自制的以40MHz为截止频率的三阶无源LC低通滤波器作为待测网络,测试出的幅频特性曲线如图:
至此关于此题硬件部分的内容写的大致完毕了。作为一道高频题,这题不能通过面包板搭建以及软件仿真方法来调试电路,给硬件整体的电路调试环节带来了很多麻烦,我们小组也是屡屡碰壁,不过最后也是能做出成品,还是有些感慨的,也欢迎大家来讨论。
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