CN101882921B - 一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法。利用本方法不需要使用仪器和人工操作，使测试效率更高、成本更低、测试更准确。操作者只需在计算机软件界面上点击“开始测试”键就可以启动测试并自动完成测试。包括控制测试启动和接收结果的计算机、替代信号源产生调相信号的可编程门阵列芯片(FPGA)及替代频谱仪测试调相信号幅度的数字信号处理芯片(DSP)。本发明专利通过计算经数字环路滤波器后的调相信号幅度变化，达到测试环路带宽的目的。

Description

一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法

技术领域

本发明涉及一种主要用于测试数字环路滤波器环路带宽的方法。

背景技术

数字环路滤波器的环路带宽不仅反映了环路对输入噪声的滤除能力，更重要的是它的取值决定了环路的动态特性，直接影响到环路的各种重要性能，因此，环路带宽是锁相环中一个常用的重要技术指标。

通常测试环路带宽的方法是将数字环路滤波器的输出通过数模转换器D/A转换为模拟信号，通过人工操作仪器测试的方式进行的。它首先是利用信号源产生调相信号输入到锁相环，然后利用频谱仪测试不同调相信号副载波的变化。这种测量方法的问题是测量过程由人工操作完成，测量速度慢、操作繁琐。

发明内容

为了克服上述现有技术测量速度慢，操作繁琐的问题，本发明提出一种一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法。

本发明提出的一种一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，具有如下技术特征：

(1)在可编程门阵列芯片(FPGA)里编程，以直接数字频率合成的方式产生数字调相信号(PM)，中频信号的频率为f₀，调相信号的的频率为f_pm，并将其送入到数字锁相环中；

(2)在数字信号处理芯片(DSP)中编程，实现离散傅立叶变换(DFT)公式，计算并得到调相信号的幅度；

(3)计算机软件通过CPCI、PCI、串口、网络控制可编程门阵列芯片(FPGA)、数字信号处理芯片(DSP)改变调相频率、开始存储数据、计算经数字环路滤波器后的调相信号幅度变化，根据调相信号的幅度变化测得环路带宽，计算副载控振荡器DCO输出的调相信号与本地产生的频率为f₀-f_pm的正弦信号相乘，用低通滤波器积分清零(ID)降速且滤掉乘法器产生的和频分量，将低通滤波器输出的调相数字信号存储在存储器里。

3.如权利要求2所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，低通滤波器积分清零(ID)频率f_ID需满足大于10KHz，小于数字锁相环所用的系统钟频率，且为60fpm的整数倍。

4.如权利要求2所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，存储器数据存的点数N由调相频率确定，需大于5000点，小于8192点，且为60f_pm(f_pm为调相频率)的整倍数，由数字信号处理芯片DSP取数并利用离散傅立叶变换DFT公式计算副载波幅度DFTAmp。

5.如权利要求4所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，副载波幅度

$\mathrm{DFTAmp}=\frac{1}{N}\·\sqrt{X_i^2\left(K\right)+X_q^2\left(K\right)}$

K＝f_pm/DFTFreq

DFTFreq＝f_ID/N

其中f_pm为调相信号的频率，DFTFreq为数字采样频率，N为采样点数，X_i(K)、Xq(K)是通过环路滤波器后的调相信号的离散傅立叶变换的实部和虚部。

6.如权利要求1所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，计算机软件根据环路滤波器对调相信号的3dB抑制得到环路带宽。

图1是本发明采用直接数字频率合成器(DDS)产生调相信号的框图。

图2本发明采集测试数据的电路框图；

图3是本发明计算机软件程序的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施本发明方法的硬件设备，包括控制测试启动和接收结果的计算机、替代信号源产生调相信号的可编程门阵列芯片FPGA，替代频谱仪测试调相信号幅度的数字信号处理芯片DSP。在可编程门阵列芯片FPGA里编程，以直接数字频率合成的方式产生数字调相信号PM，并将其送入到数字锁相环中；计算机通过CPCI、PCI、串口、网络控制并改变可编程门阵列芯片(FPGA)数字信号处理芯片(DSP)上述调相信号的频率，根据调相信号的幅度变化以测得环路带宽；在数字信号处理芯片DSP中编程，实现离散傅立叶变换(DFT)公式，计算并得到调相信号的幅度；然后用存放在计算机中的软件启动测试、接收测试结果及结束测试。本发明是通过计算经数字环路滤波器后的调相信号幅度变化，达到测试环路带宽的目的的。

参阅图1。在可编程门阵列芯片FPGA里，以直接数字频率合成DDS的方式产生数字调相信号PM。如图1所示：将所要测试的中频的载波频率控制字通过累加器送入寄存器，从寄存器返回累加后加上相偏的控制字，再查ROM表产生调相信号，最后将调相信号输入到数字锁相环。

在图2中，数字锁相环框图为所要测试的数字设备，测试程序中乘法器、积分清零(ID)低通滤波器、存储器依次连接，中频正弦数字信号产生器再与乘法器连接。中频正弦信号用直接数字频率合成DDS的方法产生，数字锁相环中的数控振荡器DCO的输出与所要测试的中频正弦信号相乘，经过低通滤波器积分清零(ID)降速且滤掉乘法器产生的和频分量，低通滤波器积分清零(ID)的频率为60倍调相频率的整数倍，且需大于10KHz，小于系统钟频率，降速后的数据用存储器存储，存的采样点数应大于5000点，小于8192点，且为60倍调相频率的整数倍。

当存储器中存足采样点数时，由数字信号处理芯片DSP取数并利用离散傅立叶变换DFT公式计算副载波幅度DFTAmp。以下为副载波幅度DFTAmp的计算公式，

$X_i\left(K\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fdata}\left[i\right]\·\cos (2\·\mathrm{\π}\·i\·K)$

$X_q\left(K\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fdata}\left[i\right]\·\sin (2\·\mathrm{\π}\·i\·K)$

$\mathrm{DFTAmp}=\frac{1}{N}\·\sqrt{X_i^2\left(K\right)+X_q^2\left(K\right)}$

K＝f_pm/DFTFreq

DFTFreq＝f_ID/N

其中f_pm为调相信号的频率，DFTFreq为数字采样频率，N为采样点数，X_i(K)、Xq(K)是通过环路滤波器后的调相信号的离散傅立叶变换实部和虚部，Fdata[i]是存在存储器中的采样值。

在图3描述的计算机软件中，计算机收到开始测试的指示，初始化变量ΔA、BLT、A1、Am，计算机软件先根据需要测试的环路带宽B_L，控制调相信号的调相频率f_pm为0.5B_L；软件启动测试，向可编程门阵列芯片(FPGA)发出开始存储数的命令；接收到数字信号处理芯片DSP上报的测试数据，存放到A_m后，软件控制调相信号的调相频率f_pm为B_L；软件再次启动测试，向可编程门阵列芯片(FPGA)发出开始存储数的命令；接收数字信号处理芯片DSP上报的测试数据，存放到A₁后，软件计算ΔA＝20log10(A_m/A₁)，判断ΔA的值，当ΔA＜3时，软件返回设置调相信号调相频率f_pm＝f_pm+0.1B_L，再次启动测试，直到软件判断出ΔA＞3；否则返回到设置调相信号副载波频率f_pm＝f_pm-0.1B_L启动测试，直到ΔA＜3；总之使得ΔA最接近3，此时对应调相信号副载波频率即为所要测试的参数。

Claims (6)

1.一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，具有如下技术特征：

(1)在可编程门阵列芯片(FPGA)里编程，以直接数字频率合成的方式产生数字调相信号(PM)，中频信号的频率为f₀，调相信号的的频率为f_pm，并将其送入到数字锁相环中；

(2)在数字信号处理芯片(DSP)中编程，实现离散傅立叶变换(DFT)公式，计算并得到调相信号的幅度；

(3)计算机软件通过CPCI、PCI、串口、网络控制可编程门阵列芯片(FPGA)、数字信号处理芯片(DSP)改变调相频率、开始存储数据、计算经数字环路滤波器后的调相信号幅度变化，根据调相信号的幅度变化测得环路带宽，计算副载波幅度及根据副载波幅度判断是否结束测试，然后用存放在计算机中的软件启动测试、接收测试结果；

(4)在计算机软件中，计算机收到开始测试的指示，初始化变量ΔA、BLT、A₁、Am，计算机软件先根据需要测试的环路带宽B_L，控制调相信号的调相频率f_pm为0.5B_L；再向可编程门阵列芯片(FPGA)发出开始存储数的命令，接收到数字信号处理芯片(DSP)上报的测试数据存放到A_m后，计算机软件再次启动测试，向可编程门阵列芯片(FPGA)发出开始存储数的命令，把接收数字信号处理芯片(DSP)上报的测试数据存放到A₁后，计算ΔA=A_m/A₁，当ΔA＜3时，返回设置调相信号调相频率f_pm=f_pm+0.1B，再次启动测试，直到判断出ΔA＞3；否则返回到设置调相信号副载波频率f_pm=f_pm-0.1B启动测试，直到ΔA＜3，最后得到对应调相信号副载波频率的测试结果，即为所要测试的参数。

2.如权利要求1所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，将中频调相信号的频谱搬移到4f_pm(f_pm为调相频率)处，数字锁相环中的数控振荡器DCO输出的调相信号与本地产生的频率为f₀-f_pm的正弦信号相乘，用低通滤波器ID降速且滤掉乘法器产生的和频分量，将低通滤波器输出的调相数字信号存储在存储器里。

3.如权利要求2所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，低通滤波器ID频率f_ID需满足大于10KHz，小于数字锁相环所用的系统钟频率，且为60f_pm的整数倍。

4.如权利要求2所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，存储器数据存的点数N由调相频率确定，需大于5000点，小于8192点，且为60f_pm(f_pm为调相频率)的整倍数，由数字信号处理芯片DSP取数并利用离散傅立叶变换DFT公式计算副载波幅度DFTAmp。

5.如权利要求4所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，副载波幅度

$\mathrm{DFTAmp}=\frac{1}{N}\·\sqrt{{\text{X}}_i^2\left(K\right)+X_q^2\left(K\right)}$

K=f_pm/DFTFreq

DFTFreq=f_ID/N

其中f_pm为调相信号的频率，DFTFreq为数字采样频率，N为采样点数，Xi(K)、Xq(K)是通过环路滤波器后的调相信号的离散傅立叶变换的实部和虚部。

6.如权利要求1所述的一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，其特征在于，计算机软件根据环路滤波器对调相信号的3dB抑制得到环路带宽。

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