CN108663571A - 口袋式频率特性测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种口袋式频率特性测试仪，包括测试设备和手持设备，所述的测量设备与被测网络连接，所述的测量设备和手持设备上均设有wifi模块。本发明测试设备采用DDS技术，利用零中频解调方法，将测试结果经A/D转换为幅频和相频数值，再通过wifi模块远程传输到手持设备，并显示其特性曲线。同时，手持端可以通过触摸屏，设置测试设备的扫描频率范围、增益变化范围，得到最佳测试效果。
Description
技术领域
本发明涉及频率测试技术领域，具体来说，涉及一种口袋式频率特性测试仪。
背景技术
频率特性测试仪是一种测试电路网络频率特性的仪器，又称扫频仪，它是现代电子测量领域的一种重要工具，可以用来测量信号传输网络、信号放大电路及滤波器等双端口网络的幅频特性和相频特性，在工程领域有非常广泛的应用。
现有的设备体积大，必须在线测试，不能远程无线传输数据，不利于长时间远程监控设备的特性变化，
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种口袋式频率特性测试仪，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
口袋式频率特性测试仪，包括测试设备和手持设备，所述的测量设备与被测网络连接，所述的测量设备和手持设备上均设有wifi模块。
进一步的，所述的测量设备包括与被测网络连接的乘法器一和乘法器二，所述乘法器一的输入端和乘法器二的输入端分别连接可变增益放大器一的输出端和可变增益放大器二的输出端，所述可变增益放大器一的输入端和可变增益放大器二的输入端均与所述正交扫频信号源连接，所述乘法器一的输出端和乘法器二的输出端分别连接滤波直流放大器一的输入端和滤波直流放大器二的输入端，所述滤波直流放大器一的输出端和滤波直流放大器二的输出端均与模数转换模块的输入端连接，所述模数转换模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端与所述正交扫频信号源的输入端、可变增益放大器一的输入端和可变增益放大器二的输入端连接，所述的控制模块与所述wifi模块连接。
进一步的，所述的手持设备包括内存模块和LCD显示模块，所述的wifi模块、内存模块和LCD显示模块均连接有控制单元。
本发明的有益效果：本发明测试设备采用DDS技术，利用零中频解调方法，将测试结果经A/D转换为幅频和相频数值，再通过wifi模块远程传输到手持设备，并显示其特性曲线。同时，手持端可以通过触摸屏，设置测试设备的扫描频率范围、增益变化范围，得到最佳测试效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的口袋式频率特性测试仪的连接框图；
图2是根据本发明实施例所述的测试设备的连接框图；
图3是根据本发明实施例所述的手持设备的连接框图；
图4是本发明显示设备对测量设备频率信息的控制流程；
图5是本发明显示设备对测量设备幅度信息的控制流程；
图6是本发明测量设备发送数据至显示设备的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，根据本发明实施例所述的口袋式频率特性测试仪，包括测试设备和手持设备，所述的测量设备与被测网络连接，所述的测量设备和手持设备上均设有wifi模块。
其中，所述的测量设备包括与被测网络连接的乘法器一和乘法器二，所述乘法器一的输入端和乘法器二的输入端分别连接可变增益放大器一的输出端和可变增益放大器二的输出端，所述可变增益放大器一的输入端和可变增益放大器二的输入端均与所述正交扫频信号源连接，所述乘法器一的输出端和乘法器二的输出端分别连接滤波直流放大器一的输入端和滤波直流放大器二的输入端，所述滤波直流放大器一的输出端和滤波直流放大器二的输出端均与模数转换模块的输入端连接，所述模数转换模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端与所述正交扫频信号源的输入端、可变增益放大器一的输入端和可变增益放大器二的输入端连接，所述的控制模块与所述wifi模块连接。
其中，所述的手持设备包括内存模块和LCD显示模块，所述的wifi模块、内存模块和LCD显示模块均连接有控制单元。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
根据本发明所述的口袋式频率特性测试仪，包括测量设备和手持设备，其中测量设备包括正交扫频信号源、可变增益放大器一和可变增益放大器二、乘法器一和乘法器二、滤波直流放大器一和滤波直流放大器二、模数转换模块、控制模块和wifi模块。
正交扫频信号源:AD9854是AD公司采用先进的DDS技术生产的具有高集成度的DDS器件。最高工作时钟为300MHz，其电路结构允许同步正交信号输出频率最高达150MHz。具有双48位可编程频率寄存器，理论上其频率分辨率达150MHz/248≈10-6Hz，双14位可编程相位寄存器以及两个内部高速性能正交数模转换器，通过微处理器的适当控制便可产生合适的正交正弦波信号。本设计采用的DDS芯片AD9854，结合外围电路和合理参数设置，构成正交扫频信号源。在AD9854芯片的56引脚处接一个电阻来控制芯片的输出电流以设置其带负载能力，信号输出电流大小与电阻的直接关系为：Iout＝39.9/R，电阻大小的取值范围为：2KΩ至8KΩ，对应的输出电流大小为：20mA～5mA。由于AD9854芯片内部内置PLL电路，芯片将PLL电路的环路滤波器通过61引脚引出，根据芯片数据手册，在61引脚处接入电阻为1.3KΩ，电容为0.01uF的环路滤波设置好芯片的信号输出稳定度。
可变增益放大器一和可变增益放大器二：AD9854输出的两路正交信号有载(50Ω)时幅度在100mV左右，为了满足乘法器对信号幅度的需求，需要将这两路信号进行放大，由于本系统的带宽比较宽，需要选取一款带宽较宽、增益可调的放大器。本设计选择VCA821构成宽带可变增益放大器一和可变增益放大器二，VCA821是一款电流反馈型放大器芯片，其带宽可达260MHz，按芯片手册构成应用电路，由控制模块产生的直流电压，改变其1、2脚电压差，从而控制该可变增益放大器增益大小。
乘法器一和乘法器二：本设计采用的是AD835芯片。AD835是Analog Devices公司生产的电压输出四象限乘法器，乘法器噪声为带宽为250MHz，性能上保证了本设计中噪声和频率带宽的要求。该乘法器对输入信号幅度有要求，X和Y输入信号需要达到伏特级，如信号幅度太小则需加入放大器将输入信号放大。
滤波直流放大器一和滤波直流放大器二：乘法器输出的信号中，包含高频交流和直流信号，该直流信号包含被测电路的幅度和相位信息，在被测网络的相移较小的情况下，直流的信号的幅值将会非常小，尽管现在的AD转换器件的精度可以达到16位甚至24位，但是在被测信号本身极小的情况下，加上电源的波动和ADC器件本身的抖动等情况，测出来的数值将会加入较大的误差值，为了便于检测和减小测得数值的误差，需要将直流信号进行放大至±1～3V左右，然后在MCU中计算时将放大倍数除去即可。本设计采用的是AD623放大器芯片，AD623是一个仪表放大器，可进行单电源供电，也可进行双电源供电，本设计中将出现负压的情况，故采用正负电源供电的方案。
模数转换模块：直流信号经过AD623放大器进行放大之后，便可以用AD器件进行数据采集。鉴于STM32芯片内部集成ADC的无法采集负压的局限性，本设计采用了ADS1115芯片进行直流信号采集。ADS1115可同时对四路信号进行数据采集，使用I2C接口与控制器进行连接，并且可根据需要将量程设置为±2.048、±4.096、±6.144等数值。
控制模块：主控的设计是本设计测试端的一个重要环节，其需要完成以下工作：对DDS芯片、WiFi模块进行初始化；对DDS芯片进行控制，使其输出相位、幅度、频率符合需求的正交扫频信号；控制可变增益放大器1脚电压；控制AD采集模块进行数据采集和处理；控制WiFi模块与手持设备进行数据连接，把数据发送至手持设备，也可以接收手持设备的控制信号，对DDS、增益进行设置。依照主控制器所需完成的工作，本设计的测量设备选用了ST公司的STM32F103ZET6芯片作为控制器件。STM32F103ZET6以Cortex-M3为内核，主频高达72MHz，内部集成AD器件和UART端口，外设资源丰富，可使用引脚达数十个，可满足DDS并行控制时的引脚需求。
wifi模块：本设计中采用的是RW009高速WiFi模块，使用SPI接口与MCU连接，通信速度可达1Mbyte/s，以保证与手持设备进行流畅的通信和数据交换。
手持设备包括wifi模块、内存模块、LCD显示模块和控制单元。
wifi模块：本设计中采用的是RW009高速wifi模块，使用SPI接口与MCU连接，通信速度可达1Mbyte/s，以保证与手持设备进行流畅的通信和数据交换。
内存模块：主控芯片内部虽然集成有320Kb RAM，但是需要运行RT-Thread嵌入式操作系统和GUI图形库，内存依然不够，需要以外扩的形式给该芯片增大内存容量。这里采用的是一片32位总线宽度的SDRAM芯片，型号为MT48LC4M32B2B5-6A，具有128Mbit空间，使用FMC总线与MCU连接。本设计中，SDRAM芯片挂载在SDRAM Bank 1上。根据SDRAM芯片在FMC总线上挂载的位置可得SDRAM电路原理图。
LCD显示模块：在设计中期可用于调试，显示Debug信息，便于定位问题所在。后期用于显示界面和图形，可直观的反映被测网络的频率特性和带宽等信息，设置控制按键，通过控制单元模块发送幅度和频率信息，经Wifi送至测试设备，进行参数设置，以适应不同类型的被测模块，得到合适的图形显示。在设计中MCU中FSMC的接口用于扩展SDRAM之用，故LCD采用了DSI接口模式。DSI接口是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准，具有使用引脚少，功耗低，速率快等优点。该接口采用了差分电平信号进行数据传输，抗干扰能力强。STM32F469NIH6芯片中直接集成了DSI接口，在低电压模式下，最大传输速率达10Mbps，高速模式下可达80Mbps～1Gbps。
控制单元：控制单元的主要工作有：对wifi模块、LCD显示等模块进行初始化；运行RT-Thread嵌入式操作系统；运行STemWin图形库；接收LCD的按键控制数据；对wifi模块传输的数据帧进行处理等。结合上述所需完成的工作，在主控上选择的参数主要依据有：数据总线宽度、运行速度、存储空间大小、显示器件接口类型等。此部分主控为STM32F469NIH6，是ST公司推出的微控制芯片，采用Cortex-M4内核，此款微控制器的最高工作频率可达180MHz，内部集成2M的Flash存储空间和324Kb的RAM内存，且具有丰富的外设资源和外部端口等。为设备体积考虑，本设计选择了该型号中BGA封装的芯片。
本设计手持部分软件系统采用RT-Thread嵌入式操作系统加上STemWin图形库的模型设计，各个模块以线程任务的形式受系统调度控制。RT-Thread操作系统是实时嵌入式操作系统，根据任务的优先级进行调度，因此每个任务的划分及资源和优先级的分配对整个系统有着重大影响。
另外，本申请中显示设备对测量设备频率信息的控制流程、显示设备对测量设备幅度信息的控制流程分别如图4和图5所示，测量设备发送数据至显示设备的步骤如图6所示。
综上所述，本发明测试设备采用DDS技术，利用零中频解调方法，将测试结果经A/D转换为幅频和相频数值，再通过wifi模块远程传输到手持设备，并显示其特性曲线。同时，手持端可以通过触摸屏，设置测试设备的扫描频率范围、增益变化范围，得到最佳测试效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.口袋式频率特性测试仪，其特征在于，包括测试设备和手持设备，所述的测量设备与被测网络连接，所述的测量设备和手持设备上均设有wifi模块。
2.根据权利要求1所述的口袋式频率特性测试仪，其特征在于，所述的测量设备包括与被测网络连接的乘法器一和乘法器二，所述乘法器一的输入端和乘法器二的输入端分别连接可变增益放大器一的输出端和可变增益放大器二的输出端，所述可变增益放大器一的输入端和可变增益放大器二的输入端均与所述正交扫频信号源连接，所述乘法器一的输出端和乘法器二的输出端分别连接滤波直流放大器一的输入端和滤波直流放大器二的输入端，所述滤波直流放大器一的输出端和滤波直流放大器二的输出端均与模数转换模块的输入端连接，所述模数转换模块的输出端连接控制模块的输入端，所述控制模块的输出端与所述正交扫频信号源的输入端、可变增益放大器一的输入端和可变增益放大器二的输入端连接，所述的控制模块与所述wifi模块连接。
3.根据权利要求1所述的口袋式频率特性测试仪，其特征在于，所述的手持设备包括内存模块和LCD显示模块，所述的wifi模块、内存模块和LCD显示模块均连接有控制单元。
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