一个网络的频率特性包含幅频特性和相频特性，在体系规划时，各个网络的频率特性对该体系的安稳性、作业频带、传输特性等都具有重要影响。实践操作中，扫频仪大大简化了丈量操作，提高了作业效率，到达了丈量进程快速、直观、准确、便利的意图，在出产、科研、教育上得到广泛运用。本规划选用数字频率组成技能发生扫频信号，以单片机和FPGA为操控中心，经过A／D和D／A转化器等接口电路，完结扫频信号频率的步进调整、数字显现及被测网络幅频特性与相频特性参数的显现。
1 体系总体计划及规划框图
1．1 体系总体计划
将输出频率步进可调的正弦扫频信号源作为被测网络的鼓励Vi，可得被测网络的响应为V0。经过丈量各频率点的起伏就可得到V0和Vi的有效值，两者之比便是该点的起伏频率响应；对V0和Vi进行过零比较、整形，再送到FPGA丈量相位差，即可得到相频特性。
1．2 体系总体规划框图
体系经过键盘扫描得到外界设置的扫频规模和频率步进，经过调用DDS控模块操控DAC904，输出扫频信号。因为信号在被测网络阻带内会有很大的衰减，故用程控扩大处理经被测网络的扫频信号之后，运用AD637进行有效值采样，LM311进行整形。信号有效值经MAXl270进行AD转化后得到有效值的数字量，整形后的信号经测相模块处理得到相位差值。在FPGA中写入2个RAM寄存被测信号的有效值和相位差值。完结一次扫频后经过波形显现模块将幅频、相频曲线显现在示波器上，并将特定频率点的起伏和相位差值在液晶显现器上进行显现。体系完结框图如图1所示。
2 体系功用部分规划
2．1 扫频信号的发生
直接数字组成(DDFS)信号源。它是一种彻底数字化的办法：先将一个周期的正弦波(或许其他波形)的离散样点幅值的数字量预先存储于ROM或许RAM中，按必定的地址增量距离读出，经D／A转化后成为不同频率的模仿正弦波信号波形，再经低通滤掉毛刺即可得到所需频率的输入信号。按此原理，DDS能够组成恣意波形，且能够准确操控相位，频率也十分安稳。运用FPGA制造起来适当简略，且扫频步进完结简略。设FPGA内部的参阅频率源的频率为fclk，选用计数容量为2N的相位累加器(N为相位累加器的位数)，频率操控字为M，则DDS体系输出信号的频率fout=fclk／2N×M。频率分辨率为：△f=fclk／2N。
若选取晶振频率为40 MHz，频率操控字为24位，相位累加器的位数为31位，则输出频率规模为0．02 Hz～312 kHz，步进频率为40 MHz／231≈0．02 Hz。
体系选用高速14-bit电流输出型D／A转化器DAC904制造DDS扫频信号源。经过FPGA给其20 MHz的时钟信号以输出10 Hz～100 kHz的扫频信号。该器材制形成的PCB板中，很好地考虑了接地，使得输出信号在频率为1 MHz能够到达无显着失真。DAC904选用内部基准和双极性接法，输出信号幅值规模为0～5 V。其原理图如图2所示。
2．2 幅频特性测验计划
运用集成真有效值转化器AD637先检测出信号每个频率点的有效值，再经过A／D采样将得到的数据读到单片机中进行处理即可。该器材外接电路简略，作业频带很宽，与A／D转化器级联，能够对任何杂乱波形的有效值、平均值、均方值、绝对值进行采样，丈量差错小于±(0.2％读数+0．5 mV)，能够到达很高的丈量精度。
2．3 相频特性测验计划
选用计数法完结相位的丈量。计数法的思维是将相位量转化为数字脉冲量，然后对数字脉冲进行丈量而得到相位差。对转化后的数字脉冲量进行异或运算，发生脉宽为T0、周期为T的另一路方波，若高频计数时钟脉冲周期为TCP，则在一个周期T的时间内的计数数值为：
式中，φx为相位差的度数。
这种办法使用比较广泛，精度较高，电路方式简略，合适FPGA完结。
实践丈量中，当两输入信号频率较高且相位差很小时，得到的脉冲很窄，这会形成较大差错。为了战胜上述缺点，引进等精度丈量的思维(如图3)，选用多周期同步计数法，运用触发器发生一个宽度为被测信号fa整数倍的闸口信号。运用计数器1丈量出闸口信号内经过高频脉冲fm的个数N1，运用计数器2丈量出相一起间内闸口信号、异或信号、高频脉冲三者相与后的脉冲数N2。因而，相位差值为△φ=N2／N1x36 0°。丈量相位的一起，在FPGA内部引进一D触发器，用一路方波信号操控另一路方波，经过触发器输出的凹凸以判别信号相位差规模是大于180°仍是小于180°。
2．4 体系显现电路规划
为了在示波器上显现曲线，需求经过2个D／A转化器向X、Y轴同步送入扫描信号和数据信号。X轴方向的DA转化器输出扫描信号为O～5 V的锯齿波信号，而数据信号为-5～5 V，反响了各个频率点上的信号幅值和相位，由另一片D／A转化器向Y轴方向输出。
3 体系软件规划
体系软件规划由单片机和FPGA组成。整个体系以用户按键中止为主线，调用不同的处理函数，与FPGA中各个操控模块之间，以总线的进行数据的交流，完结了体系丈量频率特性的功用。软件流程图见图4。
4 结束语
本扫频仪运用数字频率组成技能(DDS)发生扫频信号，经过14位D／A转化器DAC904发生了10 Hz～100 kHz的正弦扫频信号，作用于被测网络。网络的输出信号经过有效值采样电路，以及由比较器LM311合作FPGA内部完结的测相电路，完结了对被测网络频率特性的丈量。
为对体系的功能进行测验，制造了一个中心频率为5 kHz。带宽为±50 Hz的阻容双T网络。测验结果表明，在网络的通带和阻带内，相频特性丈量均到达了3°以内的丈量精度，幅频特性的丈量差错均小于50％。此外，该体系能够经过键盘输入扫频规模，经过示波器显现幅频、相频曲线，并能够在液晶显现器上显现该网络在特定频率点上的起伏、相位特性值。该体系操作简略，本钱低价，丈量准确，具有很强的实用性。
