CN110174552B - 一种数字式双通道频率响应分析仪及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字式双通道频率响应分析仪及测试方法，属于测试仪器技术领域。本发明包括数字信号处理器、RS232接口、串口触摸屏、扫频信号源、幅值控制、输入放大/衰减、A/D同步转换器、电源。所述串口触摸屏通过RS232接口与数字信号处理器连接，所述扫频信号源与数字信号处理器、幅值控制、A/D同步转换器连接，所述幅值控制与数字信号处理器、A/D同步转换器连接，所述输入放大/衰减与A/D同步转换器和数字信号处理器连接，所述A/D同步转换器与数字信号处理器连接，所述电源与需要直流电压的各个模块连接。本发明测试仪结构简单，制作成本低，操作方便，特别适合在教学实验中使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种频率响应测试装置，属于测试仪器技术领域，特别是涉及一种数字式双通道频率响应分析仪及测试方法。
背景技术
频率响应分析仪是一种测试电路系统频率特性的重要仪器，它可测试出电路系统幅值增益和相角增益随频率变化的特性。然而，传统的频率响应分析仪却存在由于电路结构复杂、数字化程度不高等带来的体积庞大、价格昂贵、测试精度不高、使用不方便等问题。尤其在教学实验中，由于传统的频率响应分析仪不能显示多组测试数据以及由测试数据构成的特性曲线，学生需要记录大量的实验数据画特性曲线，教学实验极不方便。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提出一种数字式双通道频率响应分析仪及测试方法。
本发明的技术方案：一种数字式双通道频率响应分析仪，包括数字信号处理器1、RS232接口2、扫频信号源4、幅值控制5、输入放大/衰减6和电源8，还包括串口触摸屏3和A/D同步转换器7；所述串口触摸屏3通过RS232接口2与数字信号处理器1连接进行数据交换；所述扫频信号源4的数字控制输入端与数字信号处理器1的I/O引脚连接，由数字信号处理器1控制扫频信号源4产生正弦和余弦信号，扫频信号源4的正弦信号输出端同时与幅值控制5的模拟信号输入端和A/D同步转换器7的正弦信号输入端连接，扫频信号源4的余弦信号输出端与A/D同步转换器7的余弦信号输入端连接；所述幅值控制5的数字控制输入端与数字信号处理器1的数据总线连接，由数字信号处理器1控制幅值控制5所输出正弦激励信号的幅值，正弦激励信号施加于被测系统；所述输入放大/衰减6的两个输入端用于输入被测系统的两个响应信号，被放大或衰减后的两个响应信号输出到A/D同步转换器7的两个模拟信号输入端，输入放大/衰减6还与数字信号处理器1连接，由数字信号处理器1控制放大倍数或衰减倍数；所述A/D同步转换器7与数字信号处理器1连接，受数字信号处理器1的控制，A/D同步转换器7把输入的正弦信号、余弦信号、两个模拟信号输入端输入的被放大或衰减后的响应信号，同步转换为数字值传输给数字信号处理器1；所述电源8的输出连接到需要直流电压的相应电路。
利用上述分析仪进行测试的方法，是通过串口触摸屏3设置测试环境参数，数字信号处理器1控制扫频信号源4和幅值控制5产生正弦激励信号，A/D同步转换器7由数字信号处理器1控制，同步转换扫频信号源4输出的正弦和余弦信号、以及经放大或衰减后的被测系统响应信号为数值，经数字信号处理器1根据相关分析方法运算后得到幅值增益及相角增益，串口触摸屏3显示结果数据及曲线，也可把数据送PC机进一步处理。
本发明的有益效果：提供了一种数字式双通道频率响应分析仪及测试方法，采用A/D同步转换器同步转换扫频信号源输出的正弦及余弦信号、以及经输入放大/衰减后的被测系统响应信号，转换数值送数字信号处理器根据正弦相关分析原理进行数值计算，提高了测试精度；利用串口触摸屏作为人机接口设备，通过串口触摸屏上的界面可设置激励信号的幅值、频率、扫频方式等测试环境参数，可以表格的形式显示多组数据，可显示测试数据构成的特性曲线，也可把数据送PC机进一步处理；测试仪结构简单，成本低，使用方便，特别适合在教学实验中使用。
附图说明
图1是本发明的总电路框图。
图2是本发明的数字信号处理器框图。
图3是本发明的扫频信号源框图。
图4是本发明的幅值控制框图。
图5是本发明的输入放大/衰减框图。
图6是本发明的A/D同步转换器原理图。
图7是本发明的电源框图。
图8是本发明的串口触摸屏上的界面切换关系。
图9是本发明的数字信号处理器的主控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种数字式双通道频率响应分析仪，包括数字信号处理器1、RS232接口2、扫频信号源4、幅值控制5、输入放大/衰减6和电源8，还包括串口触摸屏3和A/D同步转换器7；所述串口触摸屏3通过RS232接口2与数字信号处理器1连接进行数据交换；所述扫频信号源4的数字控制输入端与数字信号处理器1的I/O引脚连接，由数字信号处理器1控制扫频信号源4产生正弦和余弦信号，扫频信号源4的正弦信号输出端同时与幅值控制5的模拟信号输入端和A/D同步转换器7的正弦信号输入端连接，扫频信号源4的余弦信号输出端与A/D同步转换器7的余弦信号输入端连接；所述幅值控制5的数字控制输入端与数字信号处理器1的数据总线连接，由数字信号处理器1控制幅值控制5所输出正弦激励信号的幅值，正弦激励信号施加于被测系统；所述输入放大/衰减6的两个输入端用于输入被测系统的两个响应信号，被放大或衰减后的两个响应信号输出到A/D同步转换器7的两个模拟信号输入端，输入放大/衰减6还与数字信号处理器1连接，由数字信号处理器1控制放大倍数或衰减倍数；所述A/D同步转换器7与数字信号处理器1连接，受数字信号处理器1的控制，A/D同步转换器7把输入的正弦信号、余弦信号、两个模拟信号输入端输入的被放大或衰减后的响应信号，同步转换为数字值传输给数字信号处理器1；所述电源8的输出连接到需要直流电压的相应电路。
测试的过程为：本分析仪根据在串口触摸屏3测试界面中输入的激励信号的幅值、频率等参数，输出一定幅值及频率的正弦激励信号；
数字信号处理器1控制A/D同步转换器7同步转换扫频信号源4输出的正弦和余弦信号、以及经放大或衰减后的被测系统响应信号为数字值；
数字信号处理器1根据正弦相关分析原理，对从A/D同步转换器7得到的数字值进行计算，得到当前频率下的幅值增益和相位增益，并进行存储；
根据从串口触摸屏3测试界面设置的测量模式，重复步骤2和步骤3，得到所有频率点的幅值增益和相位增益；
根据需要，或由串口触摸屏3显示所有频点下的幅值增益和相位增益，以及所有测试数据构成的频率特性曲线，或由数字信号处理器1通过RS2322接口2把数据传输给PC机完成数据的进一步处理。
实施例2：本实施例中对各部分的详细结构进行说明，具体如下。
如图2所示，所述数字信号处理器1包括DSP芯片11、地址译码器12、RAM存储器13、程序下载口14，所述DSP芯片11地址引脚通过地址译码器12与RAM存储器13地址引脚连接，DSP芯片11数据引脚与RAM存储器13数据引脚连接，程序下载口14与DSP芯片11的程序下载引脚连接；同时，DSP芯片11还分别与RS232接口2、扫频信号源4、幅值控制5、输入放大/衰减6、A/D同步转换器7连接。DSP芯片11采用TMS320F2812芯片，地址译码器12采用SN74HC138D芯片，RAM存储器13采用4片IS61LV25616AL芯片实现。
所述RS232接口2采用MAX3232CSE芯片构成，其作用是把数字信号处理器1串口输出的+3.3V电平转换为RS232电平，以便与串口触摸屏3连接；同时本发明也可通过RS232接口2与PC机连接，把测试数据传给PC机进行处理。
如图3所示，所述扫频信号源4包括有源晶振47、DDS141、DDS242、第一低通滤波器43、第二低通滤波器44、第一波形变换45、第二波形变换46，所述有源晶振47输出端同时与DDS141和DDS242的时钟输入引脚连接，DDS141的输出经第一低通滤波器43与第一波形变换45输入连接，DDS242的输出经第二低通滤波器44与第二波形变换46输入连接，第一波形变换45输出正弦信号sinωt到A/D同步转换器7和幅值控制5，第二波形变换46输出余弦信号cosωt到A/D同步转换器7，DDS141与DDS242同时受数字信号处理器1的控制；DDS141和DDS242都采用AD9850型芯片，AD9850芯片具有32位频率控制位和5位相位控制位，可数字控制产生不同频率的正弦或余弦信号，输出频率fOUT＝(ΔPhase×CLKIN)/232，其中ΔPhase为频率控制值，CLKIN为时钟频率。此处采用串行输入、5V供电、25Mhz时钟频率，此时频率分辨率为0.00582Hz。DDS141的AD9850芯片相位设为0度，产生正弦信号，DDS242的设为90度，产生余弦信号。第一波形变换45和第二波形变换46都采用集成运放ADA4000-1构成，其作用是把DDS141输出的0.5+0.5sinωt变换为sinωt，把DDS242输出的0.5+0.5cosωt变换为cosωt。
如图4所示，所述幅值控制5包括D/A转换器51、功率放大52、幅值放大53，所述幅值放大53的输出与D/A转换器51的参考输入端连接，其输入为第一波形变换45输出的正弦信号sinωt，D/A转换器51的数据输入端由DSP芯片11输入数字值，其输出端连接到功率放大52的输入端，功率放大52输出正弦激励信号施加于被测系统；D/A转换器51采用DAC0832型芯片和集成运算放大器芯片ADA4000-1构成，此时D/A转换器51作为乘法器使用，输出Vout＝Vref×D/28，其中Vref为幅值放大53输出的正弦信号幅值，D为数字值，DSP芯片11控制D值就可控制D/A转换器51输出的正弦信号幅值。功率放大采用LM675型芯片构成，其作用是提高激励信号源带负载能力。幅值放大53采用集成运算放大器芯片ADA4000-1构成。
如图5所示，所述输入放大/衰减6是双通道放大或衰减电路，包括第一BNC接口61、第二BNC接口62、第一缓冲电路63、第二缓冲电路64、第一衰减电路65、第二衰减电路66、第一数控增益放大器67、第二数控增益放大器68，所述第一BNC接口61与第一缓冲电路63输入端连接，第一缓冲电路63输出端与第一衰减电路65输入端连接，第一衰减电路65输出端与第一数控增益放大器67输入端连接，第二BNC接口62与第二缓冲电路64输入端连接，第二缓冲电路64输出端与第二衰减电路66输入端连接，第二衰减电路66输出端与第二数控增益放大器68输入端连接；第一BNC接口61和第二BNC接口62为2个被测系统响应信号的输入端，第一衰减电路65和第二衰减电路66的衰减倍数、第一数控增益放大器67和第二数控增益放大器68的增益受DSP芯片11控制，两个通道输出的信号连接到A/D同步转换器7的输入端；第一缓冲电路63和第二缓冲电路64都采用ADA4000-1芯片构成电压跟随器来实现，第一衰减电路65和第二衰减电路66都采用数字电位器实现，第一数控增益放大器67和第二数控增益放大器68都采用AD526型芯片；输入放大/衰减6的作用是把被测响应信号进行幅值衰减或放大，以适应A/D转换的需要。
如图6所示，所述A/D同步转换器(7)是一种把4个模拟信号同步转换为数字信号的模数转换器，包括地址译码器芯片SN74HC138、电平转换芯片SN74ALVC164245、模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)、模数转换模块A/DC4(74)、电容C1、电容C7、电容C8、电阻R1；
所述模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)、和模数转换模块A/DC4(74)的内部结构一样，每个模块内部包括模数转换芯片AD7892-1、基准电压芯片AD780、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；所述芯片AD7892-1的MODE端与端连接后与数字电源+5V(D)连接，VDD端与模拟电源+5V(A)连接，电容C2与C3并联后正的一端与模拟电源+5V(A)连接，负的一端与模拟地AGND连接，AGND端与模拟地AGND连接，DGND端与数字地DGND连接，参考电压输出/输入端REF OUT/REFIN连接到基准电压芯片AD780的输出端OUT；芯片AD7892-1的/>端为模块的模数转换开始控制端/> 端为模块的片选输入端/> 端为模块的读数据控制端引脚3的VIN与引脚4的VIN连接在一起作为模块的模拟信号输入端VIN，数据输出端DB0、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10、DB11构成数据总线作为模块的输出数据总线；所述芯片AD780的IN端接模拟电源+5V(A)，同时通过电容C4接模拟地AGND，TEMPTRIM端通过电容C5接模拟地AGND，GND端接模拟地AGND，输出端OUT连接到模数转换芯片AD7892-1参考电压输出/输入端REF OUT/REF IN的同时，通过电容C6接模拟地AGND；所述芯片SN74HC138的地址输入端A、地址输入端B、地址输入端C接DSP芯片(11)的外部地址总线XA[2..0]，输出允许端/>接DSP芯片(11)的片选信号输出端/>输出允许端OE1接数字电源+5V(D)，输出允许端/>和接地端GND同时接数字地DGND，片选信号输出端/>片选信号输出端/>片选信号输出端/>片选信号输出端/>分别连接到模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)、模数转换模块A/DC4(4)的片选输入端/>模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)和模数转换模块A/DC4(4)四者的模数转换开始控制端/>连接在一起再与DSP芯片(11)的GPIO引脚连接，四者的读数据控制端/>连接在一起再与DSP芯片(11)的外部读数据引脚连接，四者的模拟信号输入端VIN分别与扫频信号源(4)的正弦信号输出端、余弦信号输出端、输入放大/衰减(6)的通道1输出端y1(t)、通道2输出端y2(t)连接，四者的输出数据总线连接在一起，四者的数据输出端DB0、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10、DB11分别与芯片SN74ALVC164245的1B1、1B2、1B3、1B4、1B5、1B6、1B7、1B8、2B1、2B2、2B3、2B4端连接，模数转换模块ADC1(71)的模数转换结束信号端/>与芯片SN74ALVC164245的2B5端连接；芯片SN74ALVC164245的1DIR、2DIR、2B6、2B7、2B8以及所有GND端都接数字地DGND，所有VCCB端都与数字电源+5V(D)连接，并通过电容C7接数字地DGND，1A1、1A2、1A3、1A4、1A5、1A6、1A7、1A8、2A1、2A2、2A3、2A4端形成的数据总线与DSP芯片(11)的外部数据总线XDB[11..0]连接，/>端与/>端连接在一起后与DSP芯片(11)的GPIO引脚连接，同时通过电阻R1与电源+3.3V连接，2A5端与DSP芯片(11)的外部中断请求端XINT连接，所有VCCA端都与电源+3.3V连接，并通过电容C8接数字地DGND。
如图7所示，所述电源8包括交流电源插头81、开关电源模块82、DC-DC模块83，所述交流电源插头81与开关电源模块82交流输入端连接，开关电源模块82+5V输出端与DC-DC模块83输入端连接，交流电源插头81接交流220V电源，开关电源模块82的+15V、-15V、+5V输出端连接到需要相应直流电压的其它各电路模块电源端，DC-DC模块83的+3.3V、+1.8V输出端分别连接到DSP芯片11的+3.3V、+1.8V电源端；开关电源模块82采用HAW25-220T05-15IB9型模块，DC-DC模块83采用TPS767D318型芯片实现。
所述串口触摸屏3是本发明的人机接口设备，是一种带串口控制的液晶屏，有触摸功能，是集TFT(薄膜场效应晶体管)显示驱动、图片字库存储、GUI(图形用户界面)操作、RTC(实时时钟)显示及各种组态控件于一体的串口真彩色显示终端，适合无显示驱动的DSP等系统，数字信号处理器只要通过串口发送指令给串口触摸屏，就可实现文本、图片和曲线等的显示，也可通过串口屏界面输入命令或数据，通过串口发送给数字信号处理器，此处采用8英寸DC80600B080型串口触摸屏。
如图8所示，所述串口触摸屏3上能显示开机界面、测试界面、数据界面、曲线界面、测试进行中界面、使用说明界面1、使用说明界面2、使用说明界面3，从开机界面可切换到测试界面、使用说明界面1，从测试界面可切换到开机界面、测试进行中界面、数据界面、曲线界面，从测试进行中界面可切换到测试界面，从数据界面可切换到曲线界面，从曲线界面可切换到数据界面、测试界面，从使用说明界面1可切换到开机界面、使用说明界面2，从使用说明界面2可切换到使用说明界面1、使用说明界面3，从使用说明界面3可切换到使用说明界面2，测试界面、数据界面、曲线界面是主要的3个界面。各界面说明如下：
(1)开机界面：打开电源开关后首先进入的界面，之后根据需要就可手动或自动进入其它界面。
(2)测试界面：用于设置测试环境参数，包括发生器设置、测量模式设置、分析仪输出、测量延时。其中：
a)“发生器设置”可设置激励信号的幅值及手动测量模式时的频率，幅值范围0～5V，频率范围0.1～20000Hz。
b)“测量模式设置”包括扫频方式、测量方式、最大频率、最小频率、线性步长、对数点数、积分周数(积分周期个数)、通道选择、通道增益1、通道增益2。“扫频方式”有对数方式(Logar)、线性方式(Line)。“对数方式”是指当测量方式是单次方式或自动方式时，频率的变化是按照每两倍频测试几个点的规律变化，即频率f＝fmin·2k/n，其中fmin为设定的最小频率，n为两倍频内测试的点数，k为测试次数。“线性方式”是指频率变化是按照下一个频率值是上一个的加一个线性步长值的规律变化，即频率f＝fmin+k·Δf，其中Δf是线性步长。“测量方式”有手动方式(Manul)、单次方式(Singal)和自动方式(Auto)。“手动方式”是指每测试一个频率点都要在“发生器设置”中设定一次频率，频率大小可根据需要随意设置。“单次方式”是指设定好最小频率、最大频率以及线性步长或对数点数后，频率值从最小频率开始，每按一次测量按钮增加一个线性步长或按照每2倍频测试几个点的规律变化，直到最大频率值。“自动方式”的频率值变化规律与单次方式的一样，不同的是只要按一次测量按钮，频率自动增加。“积分周数”是指本发明根据正弦相关分析原理计算幅值增益和相角增益时，共积分了几个基波周期，数值越大，抑制干扰的能力越强。“通道选择”是指可选择通道1(CH1)、或通道2(CH2)、或通道2/通道1(CH2/CH1)进行测试，前两种是单通道测试方式，只测试一个输入信号，第三种是双通道方式，可同时测试两个输入信号，结果值是通道2的除以通道1的。
c)“分析仪输出”显示对应每个频率值的测试结果，包括此时的测试频率、结果值的直角坐标形式、极坐标形式、对数坐标形式，对数坐标形式的幅值L＝20lgR(dB)。
d)“测量延时”是指分析仪从输出激励信号到开始采样数据的时间，目的是要等被测系统的输出稳定后才能开始测试，设定的延时时间要大于等于系统输出稳定需要的时间。
(3)数据界面：以表格的形式显示所有测试频点的测试数据，包括测试频点的频率、角频率、被测系统频率特性的幅值及相角，第1页不够显示时，可用“下一页”按钮切换到第2、3、......、n页显示，同时还显示此时测试的是哪一个通道，并显示测量日期及时间；显示的数据可用“清除”按钮清除，也可用“显示”按钮重新显示。
(4)曲线界面：用于显示所有测试数据绘成的波德图。角频率、幅值及相角的显示范围也可以在其上进行设置。
(5)测试进行中界面：当分析仪处于测试过程中时，用于提示用户“测试进行中”的提示界面。
(6)使用说明界面1、使用说明界面2、使用说明界面3：用于介绍本发明如何使用。
如图9所示，是数字信号处理器1的控制流程图。
本实施例采用正弦相关分析原理测试系统频率特性，其具体算法如下：
以一个通道测试为例，设被测系统输入的激励信号为x(t)＝A sinωt，被测系统稳态响应表示为y(t)(其中包含直流分量、基波分量、谐波分量、随机干扰)，扫频信号源产生的输入到A/D同步转换器7的正弦信号为sinωt、余弦信号为cosωt，这3个模拟信号经A/D同步转换器7同步转换后的值分别为Y(i)、X1(i)、X2(i)(其中：i＝1,2,3......n+1，是采样序号，而n＝NT/Ts，N为正弦基波周期个数，T为正弦基波周期，Ts为A/D同步转换器7同步采样周期，于是根据正弦相关分析原理和数值积分梯形公式，可得被测系统稳态响应中基波分量的同向分量计算公式为：
基波分量的正交分量计算公式为：
基波分量的幅值计算公式为：
基波分量的相角计算公式为：
被测系统角频率为ω时的频率特性幅值(幅值增益)计算公式是：
频率特性相角(相角增益)计算公式是：
本发明具体测试步骤包括：
(1)分析仪根据在串口触摸屏3测试界面中输入的激励信号的幅值、频率等参数，输出一定幅值及频率的正弦激励信号；
(2)数字信号处理器1控制A/D同步转换器7同步转换扫频信号源4输出的正弦和余弦信号、以及经放大或衰减后的被测系统响应信号为数字值；
(3)数字信号处理器1根据正弦相关分析原理，对从A/D同步转换器7得到的数字值进行计算，得到当前频率下的幅值增益和相位增益，并进行存储；
(4)根据从串口触摸屏3测试界面设置的测量模式，重复步骤2和步骤3，得到所有频率点的幅值增益和相位增益；
(5)根据需要，或由串口触摸屏3显示所有频点下的幅值增益和相位增益，以及所有测试数据构成的频率特性曲线，或由数字信号处理器1通过RS232接口2把数据传输给PC机完成数据的进一步处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思所作的任何修改、等同替换、改进等，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种数字式双通道频率响应分析仪，包括数字信号处理器(1)、RS232接口(2)、扫频信号源(4)、幅值控制(5)、输入放大/衰减(6)和电源(8)，其特征是，还包括串口触摸屏(3)和A/D同步转换器(7)；所述串口触摸屏(3)通过RS232接口(2)与数字信号处理器(1)连接进行数据交换；所述扫频信号源(4)的数字控制输入端与数字信号处理器(1)的I/O引脚连接，由数字信号处理器(1)控制扫频信号源(4)产生正弦和余弦信号，扫频信号源(4)的正弦信号输出端同时与幅值控制(5)的模拟信号输入端和A/D同步转换器(7)的正弦信号输入端连接，扫频信号源(4)的余弦信号输出端与A/D同步转换器(7)的余弦信号输入端连接；所述幅值控制(5)的数字控制输入端与数字信号处理器(1)的数据总线连接，由数字信号处理器(1)控制幅值控制(5)所输出正弦激励信号的幅值，正弦激励信号施加于被测系统；所述输入放大/衰减(6)的两个输入端用于输入被测系统的两个响应信号，被放大或衰减后的两个响应信号输出到A/D同步转换器(7)的两个模拟信号输入端，输入放大/衰减(6)还与数字信号处理器(1)连接，由数字信号处理器(1)控制放大倍数或衰减倍数；所述A/D同步转换器(7)与数字信号处理器(1)连接，受数字信号处理器(1)的控制，A/D同步转换器(7)把输入的正弦信号、余弦信号、两个模拟信号输入端输入的被放大或衰减后的响应信号，同步转换为数字值传输给数字信号处理器(1)；所述电源(8)的输出连接到需要直流电压的相应电路；
所述串口触摸屏(3)是一种带触摸功能的TFT彩屏，其上设置有测试界面、数据界面和曲线界面；
所述测试界面包括发生器设置、测量延时、测量模式设置、分析仪输出，发生器设置可设置激励信号的幅值和频率，测量延时可设置从施加激励信号到被测系统输出稳定所需要的时间，测量模式设置可设置分析仪测试时的测试模式，分析仪输出可显示单次测量的结果数据；
所述数据界面可显示所有测试频点的测试数据，包括所测频点的频率值、角频率值、幅值和测试的通道；
所述曲线界面可显示所有测试数据构成的曲线，还可进行角频率、幅值和相角显示范围设置；
所述A/D同步转换器(7)是一种把4个模拟信号同步转换为数字信号的模数转换器，包括地址译码器芯片SN74HC138、电平转换芯片SN74ALVC164245、模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)、模数转换模块A/DC4(74)、电容C1、电容C7、电容C8、电阻R1；
所述模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)、和模数转换模块A/DC4(74)的内部结构一样，每个模块内部包括模数转换芯片AD7892-1、基准电压芯片AD780、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；
所述芯片AD7892-1的MODE端与STANDBY端连接后与数字电源+5V(D)连接，VDD端与模拟电源+5V(A)连接，电容C2与C3并联后正的一端与模拟电源+5V(A)连接，负的一端与模拟地AGND连接，AGND端与模拟地AGND连接，DGND端与数字地DGND连接，参考电压输出/输入端REFOUT/REF IN连接到基准电压芯片AD780的输出端OUT；芯片AD7892-1的CONVST端为模块的模数转换开始控制端CONVST,CS端为模块的片选输入端CS,RD端为模块的读数据控制端RD,引脚3的VIN与引脚4的VIN连接在一起作为模块的模拟信号输入端VIN，数据输出端DB0、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10和DB11构成数据总线作为模块的输出数据总线；
所述芯片AD780的IN端接模拟电源+5V(A)，同时通过电容C4接模拟地AGND，TEMPTRIM端通过电容C5接模拟地AGND，GND端接模拟地AGND，输出端OUT连接到模数转换芯片AD7892-1参考电压输出/输入端REF OUT/REF IN的同时，通过电容C6接模拟地AGND；
所述芯片SN74HC138的地址输入端A、地址输入端B和地址输入端C接DSP芯片(11)的外部地址总线XA[2..0]，输出允许端OE2A接DSP芯片(11)的片选信号输出端XZCS,输出允许端OE1接数字电源+5V(D)，输出允许端OE2B和接地端GND同时接数字地DGND，片选信号输出端Y0、片选信号输出端Y1、片选信号输出端Y2、片选信号输出端Y3、分别连接到模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)、模数转换模块A/DC4(74)的片选输入端CS；
模数转换模块A/DC1(71)、模数转换模块A/DC2(72)、模数转换模块A/DC3(73)和模数转换模块A/DC4(74)四者的模数转换开始控制端CONVST连接在一起再与DSP芯片(11)的GPIO引脚连接，四者的读数据控制端RD连接在一起再与DSP芯片(11)的外部读数据引脚XRD连接，四者的模拟信号输入端VIN分别与扫频信号源(4)的正弦信号输出端、余弦信号输出端、输入放大/衰减(6)的通道1输出端y1(t)、通道2输出端y2(t)连接，四者的输出数据总线连接在一起，四者的数据输出端DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7、DB8、DB9、DB10、DB11分别与芯片SN74ALVC164245的1B1、1B2、1B3、1B4、1B5、1B6、1B7、1B8、2B1、2B2、2B3、2B4端连接，模数转换模块ADC1(71)的模数转换结束信号端EOC与芯片SN74ALVC164245的2B5端连接；
芯片SN74ALVC164245的1DIR、2DIR、2B6、2B7、2B8以及所有GND端都接数字地DGND，所有VCCB端都与数字电源+5V(D)连接，并通过电容C7接数字地DGND，1A1、1A2、1A3、1A4、1A5、1A6、1A7、1A8、2A1、2A2、2A3和2A4端形成的数据总线与DSP芯片(11)的外部数据总线XDB[11..0]连接，1OE端与2OE端连接在一起后与DSP芯片(11)的GPIO引脚连接，同时通过电阻R1与电源+3.3V连接，2A5端与DSP芯片(11)的外部中断请求端XINT连接，所有VCCA端都与电源+3.3V连接，并通过电容C8接数字地DGND。
2.一种基于权利要求1所述数字式双通道频率响应分析仪的测试方法，其特征是，测试步骤包括：
①分析仪根据在串口触摸屏(3)测试界面中输入的激励信号的幅值、频率参数，输出一定幅值及频率的正弦激励信号；
②数字信号处理器(1)控制A/D同步转换器(7)同步转换扫频信号源(4)输出的正弦和余弦信号、以及经放大或衰减后的被测系统响应信号为数字值；
③数字信号处理器(1)根据正弦相关分析原理，对从A/D同步转换器(7)得到的数字值进行计算，得到当前频率下的幅值增益和相位增益，并进行存储；
④根据从串口触摸屏(3)测试界面设置的测量模式，重复步骤②和步骤③，得到所有频率点的幅值增益和相位增益；
⑤根据需要，或由串口触摸屏(3)显示所有频点下的幅值增益和相位增益，以及所有测试数据构成的频率特性曲线，或由数字信号处理器(1)通过RS232接口(2)把数据传输给PC机完成数据的进一步处理。
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| CN111239664A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-06-05 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种远端模块箱体的频响特性测试系统和方法 |
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| CN112858783A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-28 | 胜达克半导体科技(上海)有限公司 | 一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU805192A1 (ru) * | 1978-08-08 | 1981-02-15 | Куйбышевский Институт Инженеров Желез-Нодорожного Транспорта | Цифровой многоканальный спектральныйАНАлизАТОР элЕКТРичЕСКиХ СигНАлОВ |
| US5576978A (en) * | 1994-05-18 | 1996-11-19 | Advantest Corporation | High resolution frequency analyzer and vector spectrum analyzer |
| CN101603979A (zh) * | 2008-06-11 | 2009-12-16 | 东莞理工学院 | 嵌入式计算机电测综合仪器 |
| CN202083742U (zh) * | 2011-03-03 | 2011-12-21 | 赵孔新 | 数字式超低频宽带频率特性分析仪的激励源及检测转换通道 |
| JP2013061347A (ja) * | 2012-11-28 | 2013-04-04 | Anritsu Corp | Ａｐｄ測定装置及び該装置における測定情報の表示制御方法 |
| CN203101510U (zh) * | 2012-12-18 | 2013-07-31 | 尤建国 | 便携式频谱分析仪 |
| CN104698307A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-06-10 | 北京天高智机技术开发公司 | 一种基于pxi总线的频率特性测试装置和方法 |
| CN205232455U (zh) * | 2015-12-17 | 2016-05-11 | 常州中策仪器有限公司 | 多路谐振频率测试系统 |
| CN106680584A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 全数字便携式频谱分析系统 |
| CN206209688U (zh) * | 2016-10-11 | 2017-05-31 | 深圳市鼎阳科技有限公司 | 一种频谱分析仪的操控装置 |
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU805192A1 (ru) * | 1978-08-08 | 1981-02-15 | Куйбышевский Институт Инженеров Желез-Нодорожного Транспорта | Цифровой многоканальный спектральныйАНАлизАТОР элЕКТРичЕСКиХ СигНАлОВ |
| US5576978A (en) * | 1994-05-18 | 1996-11-19 | Advantest Corporation | High resolution frequency analyzer and vector spectrum analyzer |
| CN101603979A (zh) * | 2008-06-11 | 2009-12-16 | 东莞理工学院 | 嵌入式计算机电测综合仪器 |
| CN202083742U (zh) * | 2011-03-03 | 2011-12-21 | 赵孔新 | 数字式超低频宽带频率特性分析仪的激励源及检测转换通道 |
| JP2013061347A (ja) * | 2012-11-28 | 2013-04-04 | Anritsu Corp | Ａｐｄ測定装置及び該装置における測定情報の表示制御方法 |
| CN203101510U (zh) * | 2012-12-18 | 2013-07-31 | 尤建国 | 便携式频谱分析仪 |
| CN104698307A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-06-10 | 北京天高智机技术开发公司 | 一种基于pxi总线的频率特性测试装置和方法 |
| CN205232455U (zh) * | 2015-12-17 | 2016-05-11 | 常州中策仪器有限公司 | 多路谐振频率测试系统 |
| CN206209688U (zh) * | 2016-10-11 | 2017-05-31 | 深圳市鼎阳科技有限公司 | 一种频谱分析仪的操控装置 |
| CN106680584A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 全数字便携式频谱分析系统 |
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