CN215953730U - 一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其中，信号产生模块与第一乘法器、第二乘法器和待测LTI系统模块相连，待测LTI系统模块与第一模拟开关相连，第一模拟开关的第一输出端和第二输出端分别与第一乘法器的第二输入端和第二乘法器的第二输入端相连，第一乘法器的输出端和第二乘法器的输出端分别与第二模拟开关的第一输入端和第二输入端相连，第二模拟开关、低通滤波模块、信号隔离模块和A/D采样模块依次相连，系统控制模块与显示模块相连，系统控制模块与信号产生模块、第一模拟开关、第二模拟开关和A/D采样模块相连，结构简单，成本低廉，不仅能够对LTI系统进行频率特性分析，并且能显示LTI系统的幅频特性和相频特性曲线。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子实验仪器技术领域，具体涉及一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪。
背景技术
根据电路分析理论，电路可以理解为多个端口网络的级联，其中线性移不变系统（即LTI系统）是端口网络最常见的形式，而频率特性作为LTI系统的专有属性，在实际电路调试的过程中，对LTI系统进行频率特性测试显得尤为重要。
而电子实验仪器定义为：综合可编程器件、电子线路、程序设计等方面的先进技术。在电路设计调试过程中，经常需要对LTI系统的传输特性进行分析，以便对信号进行模拟处理。而LTI系统的频率特性定义为系统冲激响应的傅里叶变换，是频率的复函数，包括幅频特性和相频特性；其中幅频特性是指当系统的激励为某一频率的单位振幅的正弦信号时，响应信号的幅度随频率变化的特性；而相频特性是指当系统的激励为某一频率的单位振幅的正弦信号时，响应信号的相移随频率变化的特性。
但对于电路设计和调试而言，市面上的频率特性测试仪成本过高，功能过于复杂，不够便携，严重影响电路设计和调试的速度和效率，也限制了电路设计和调试的场合。
实用新型内容
根据现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种零中频解调原理的频率特性测试仪。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪，包括系统控制模块、信号产生模块、待测LTI系统模块、第一模拟开关、第一乘法器、第二乘法器、第二模拟开关、低通滤波模块、信号隔离模块、A/D采样模块和显示模块；
所述系统控制模块的第一输出端和信号产生模块的输入端相连，所述信号产生模块的第一输出端与所述第一乘法器的第一输入端相连，所述信号产生模块的第二输出端与所述待测LTI系统模块的输入端和所述第二乘法器的第一输入端相连，所述待测LTI系统模块的输出端与所述第一模拟开关的输入端相连，所述第一模拟开关的第一输出端和第二输出端分别与所述第一乘法器的第二输入端和所述第二乘法器的第二输入端相连，所述第一乘法器的输出端和所述第二乘法器的输出端分别与所述第二模拟开关的第一输入端和第二输入端相连，所述第二模拟开关的输出端与所述低通滤波模块的输入端相连，所述低通滤波模块的输出端与所述信号隔离模块的输入端相连，所述信号隔离模块的输出端相连所述A/D采样模块的输入端相连，所述A/D采样模块的输出端与所述系统控制模块的输入端相连，所述系统控制模块的第二输出端与显示模块相连，所述系统控制模块的第三输出端和第四输出端分别与所述第一模拟开关和所述第二模拟开关相连。
进一步地，所述显示模块采用OLED显示屏。
进一步地，所述信号产生模块的型号为AD9985。
进一步地，所述第一模拟开关和所述第二模拟开关的型号均为TS12A12511。
进一步地，所述第一乘法器和所述第二乘法器的型号均为AD835。
进一步地，所述低通滤波模块采用一阶无源滤波电路。
进一步地，所述信号隔离模块的型号为OPA690。
进一步地，所述A/D采样模块选型为ADS8505。
进一步地，所述系统控制模块采用FPGA作为控制器。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
本实用新型所述一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪，成本低廉，操作简单，系统整体性能稳定，不仅能够对LTI系统进行频率特性分析，并且能显示LTI系统的幅频特性和相频特性曲线。
附图说明
图1是本实用新型的系统整体框图。
图2是本实用新型频率特性测试装置程序流程图。
图3是本实用新型的信号产生模块的电路图。
图4是本实用新型的第一模拟开关和第二模拟开关的电路图。
图5是本实用新型的第一乘法器和第二乘法器的电路图。
图6是本实用新型的低通滤波模块的电路图。
图7是本实用新型的信号隔离模块的电路图。
图8是本实用新型的A/D采样产生模块的电路图。
图9是本实用新型的系统控制模块控制第一模拟开关、第二模拟开关、A/D采样产生模块和显示模块和信号发射模块的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪，如图1和图2所示，包括系统控制模块、信号产生模块、待测LTI系统模块、第一模拟开关、第一乘法器、第二乘法器、第二模拟开关、低通滤波模块、信号隔离模块、A/D采样模块和显示模块；
系统控制模块的第一输出端和信号产生模块的输入端相连，信号产生模块的第一输出端与第一乘法器的第一输入端相连，信号产生模块的第二输出端与待测LTI系统模块的输入端和第二乘法器的第一输入端相连，待测LTI系统模块的输出端与第一模拟开关的输入端相连，第一模拟开关的第一输出端和第二输出端分别与第一乘法器的第二输入端和第二乘法器的第二输入端相连，第一乘法器的输出端和第二乘法器的输出端分别与第二模拟开关的第一输入端和第二输入端相连，第二模拟开关的输出端与低通滤波模块的输入端相连，低通滤波模块的输出端与信号隔离模块的输入端相连，信号隔离模块的输出端相连A/D采样模块的输入端相连，A/D采样模块的输出端与系统控制模块的输入端相连，系统控制模块的第二输出端与显示模块相连，系统控制模块的第三输出端和第四输出端分别与第一模拟开关和第二模拟开关相连。
信号产生模块在系统控制模块的控制下输出双通道正交扫频信号，双通道正交信号分别作为第一乘法器的一路输入和第二乘法器的一路输入，信号产生模块输出的双通道正交扫频信号中，余弦信号作为待测LTI系统模块的激励信号，第一个模拟开关用于选择第一乘法器或第二乘法器作为输入，使得激励信号与输入到第一乘法器的正交扫频信号或输入到第二乘法器的正交扫频信号相乘，第二个模拟开关用于选择第一乘法器或第二乘法器作为输出，进而通过低通滤波模块去除到第一乘法器输出的交流信号或第二乘法器输出的交流信号，得到直流信号，信号隔离模块对低通滤波模块与A/D采样模块进行隔离，并将直流信号输出至所述的A/D采样模块， A/D采样模块将直流信号进行采样、量化，并将数字化的直流信号输出至所述系统控制模块，系统控制模块将数字化的直流信号以及对应的频率通过显示模块显示，从而获取待测LTI系统模块的幅频特性和相频特性。
本实用新型基于零中频解调原理，采用了双路与待解调信号频率相同的正交扫频信号作为本振，可以直接将待解调信号从原频带转换到基带。
具体地，如图1和图3所示，信号产生模块的型号为AD9985。本实用新型实施例中，信号产生模块用于产生两路振幅为1V，频率为1MHz-100MHz的正交扫频信号，其中余弦信号作为待测LTI系统的激励信号，两路正交扫频信号分别作为第一乘法器的一路输入和第二乘法器的一路输入。
待测LTI系统模块应选用待测的LTI系统。
如图1和图4所示，由于TS12A1251反应速度快，功耗低，无机械触点，第一模拟开关和第二模拟开关的型号均为TS12A12511。第一个模拟开关与待测LTI系统模块相连，第一模拟开关的第一输出端和第二输出端分别与第一乘法器的第二输入端和第二乘法器的第二输入端相连，第一乘法器的输出端和第二乘法器的输出端分别与第二模拟开关的第一输入端和第二输入端相连，第二模拟开关根据系统控制模块的控制信号来选择第一乘法器或第二乘法器作为低通滤波模块的输入，第二模拟开关的输出端与低通滤波模块的输入端相连。
如图1所示，显示模块采用0.96寸的LED显示屏，由于SSD 1306低功耗，因此OLED显示屏的型号为SSD 1306。通过OLED显示屏显示待测LTI系统模块的幅频特性和相频特性。
如图1和图5所示，由于AD835频带宽，具有完整的四象限输出，因此第一乘法器和第二乘法器的型号均为AD835。
低通滤波模块采用一阶无源滤波电路，用于滤除第一乘法器和第二乘法器输出的交流信号。采用无源滤波模块的好处是可以功耗低，同时避免使用有源滤波会出现的高频特性不确定的情况。
如图1和图7所示，信号隔离模块的型号为OPA690，信号隔离模块放在A/D采样模块前面是为了避免在扫频信号通过低通滤波时候导致阻抗改变，而对A/D采样模块转换造成干扰。
如图1和图8所示，A/D采样模块选型为ADS8505，对对前级隔离输出的直流信号进行采样、量化，并将数字化的直流信号输出至所述系统控制模块，系统控制模块将数字化的直流信号以及对应的频率通过显示模块显示。ADS8505的采样率高达250KSP/s，可以较好满足此频率特性测试仪器快速的要求
如图1和图9所示，系统控制模块采用FPGA作为控制器，系统控制模块采用Intel第三代FPGA，用于控制第一模拟开关、第二模拟开关、显示模块以及信号发生模块，能够根据零中频原理对待测LTI系统模块的幅频和相频特性进行分析。
尽管本说明书较多地使用了信号产生模块、待测LTI系统模块、模拟开关模块、乘法器模块、低通滤波模块、信号隔离模块、A/D采样模块、系统控制模块、显示模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (9)
1.一种基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：包括系统控制模块、信号产生模块、待测LTI系统模块、第一模拟开关、第一乘法器、第二乘法器、第二模拟开关、低通滤波模块、信号隔离模块、A/D采样模块和显示模块；
所述系统控制模块的第一输出端和信号产生模块的输入端相连，所述信号产生模块的第一输出端与所述第一乘法器的第一输入端相连，所述信号产生模块的第二输出端与所述待测LTI系统模块的输入端和所述第二乘法器的第一输入端相连，所述待测LTI系统模块的输出端与所述第一模拟开关的输入端相连，所述第一模拟开关的第一输出端和第二输出端分别与所述第一乘法器的第二输入端和所述第二乘法器的第二输入端相连，所述第一乘法器的输出端和所述第二乘法器的输出端分别与所述第二模拟开关的第一输入端和第二输入端相连，所述第二模拟开关的输出端与所述低通滤波模块的输入端相连，所述低通滤波模块的输出端与所述信号隔离模块的输入端相连，所述信号隔离模块的输出端相连所述A/D采样模块的输入端相连，所述A/D采样模块的输出端与所述系统控制模块的输入端相连，所述系统控制模块的第二输出端与显示模块相连，所述系统控制模块的第三输出端和第四输出端分别与所述第一模拟开关和所述第二模拟开关相连。
2.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述显示模块采用OLED显示屏。
3.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述信号产生模块的型号为AD9985。
4.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述第一模拟开关和所述第二模拟开关的型号均为TS12A12511。
5.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述第一乘法器和所述第二乘法器的型号均为AD835。
6.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述低通滤波模块采用一阶无源滤波电路。
7.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述信号隔离模块的型号为OPA690。
8.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述A/D采样模块选型为ADS8505。
9.根据权利要求1所述的基于零中频解调原理的频率特性测试仪，其特征在于：所述系统控制模块采用FPGA作为控制器。
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