频率特性的丈量选用扫频的办法完结，用AD9851发生扫频信号，可发生频谱纯洁、频率规模广且安稳度十分高的正弦波。经过二极管负反馈桥式限幅扩大电路及有用值采样电路等完结频响特性的丈量，终究用示波器显现被测网络的幅频特性及相频特性。
本体系的一个特点是选用了较多串行芯片（AD9851，TLV1544和TLV5638）。为了使电路中的信号洁净，应削减电路连线，选用串行芯片能够有用精简电路，确保电路的安稳性和削减信号噪声。但因为串行芯片献身了程序的时刻功率，所以应该合理规划程序结构。
1 体系计划证明与挑选
1．1 起伏丈量电路的规划与证明
计划1：峰值检波电路。根本的峰值检波电路是由二极管电路和电压跟从器组成，经过电容的充放电完结。此电路丈量低频信号时检波的纹波较大，适合于丈量中高频率段的信号。
计划2：真有用值检波。从真有用值检波的作业原理能够分为线性有用值检波器、对数有用值检波器和数字有用值检波器。典型的真有用值转化芯片为AD637，运用AD637在丈量峰值系数高达10的信号时附加差错仅为1％，且外围元件少、频带宽。
综上，挑选计划1。
1．2 相位丈量电路的规划与证明
计划1：波形剖析法。选用两片高速A／D转化芯片一起对输入的两路信号进行等时刻距离采样并将采样成果别离存储，然后对所测信号的波形数据进行剖析。扫描存储在RAM中的波形数据，核算两片A／D转化器收集两部分波形数据的最大值或最小值的时刻距离，则信号的相位差为：φx=（Tx／T）x360°其间，Tx为两路信号相临极值的时刻距离，T为信号周期。
计划2：计数法。将两路被测信号经过异或门后，发生一个鉴相脉冲信号，送入FPGA进行记数，计数值为N。若信号频率为，f，计数频率为fclk，则相位差为：φx（Nf／fclk）x360°，可判别被测信号是比规范信号相位超前仍是滞后。因为相差在0°～180°之间和360°～180°之间是对称的，异或后的计数值是相同的，故需加上一极性判别电路。相位的极性判定电路可由D触发器完结，将两路信号接D触发器的D端和CP端，从0端输出的凹凸电平可判别相差的极性。
计划1需求用软件对很多的波形数据进行处理才干到达较高的精度，且收集时刻距离难以精确操控，首要适用于精度要求不是很高的状况。计划2的丈量进程能够悉数由FPGA完结，AD9851发生的信号频率f已知，无需测频，所以这种办法十分简略完结，并且选用FPGA的40 M高频晶振计数，丈量精度和丈量规模都得到进步。因而选用计划2。
2 体系整体规划计划及完结框图
本体系以单片机及FPGA为中心，由扫频信号源模块、峰值检测模块、限幅扩大模块和相位丈量模块构成。体系框图如图1所示。为了进步功率，芯片操控首要由FPGA完结，单片机仅供给体系各模块的触发信号。体系作业时，AD9851发生必定频率的正弦信号，经过被测网络后，其幅值、相位会有所改动。将被测网络的输出端经过AD637有用值检测电路即得出信号的真有用值，A／D采样后送于单片机。一起，别离
将被测网络前后的信号经过限幅扩大模块整形为峰峰值为+5 V的方波，送入FPGA进行相位丈量。再改动信号发生器的频率，丈量对应频率点的相位差与起伏值，直到完结整个频率段的测验，终究将被测网络的幅频特性和相频特性曲线用示波器显现出来。
3 首要功用电路规划
3．1 扫频信号发生器
AD9851是AD公司选用先进CMOS技能出产的具有高集成度的直接数字组成器，能够直接作为信号源，也可经过其内部的高速比较器转化为方波输出，作为活络的时钟发生器。它将相位累加器，波形存储器，10 Bit高速D／A集于一块芯片中，频带宽，频率精度和安稳度高，外围电路简略。
其内部结构如图2所示。AD9851内部的操控字存放器首要存放来自外部的频率、相位操控字，相位累加器接纳来自操控字存放器的数据后，决议终究输出的信号频率和相位，再经过内部D／A转化器，所得到的便是终究的数字组成信号。
设相位累加器的位数为N，相位操控字的值为FN，频率操控字的位数为M，频率操控字的值为FM，内部作业时钟为Fc，终究组成信号的频率和相位可由下式来决议：F=Fc·FM／2N，θ=2πFN／2M。其间M=32，N=5，外部输入25 MHz的时钟，经过内部6倍频后为fc=150 MHz。因为不需求设置相位，所以五位相位操控字一向写入0，频率操控字为FM=2NxF／Fc。
3．2 有用值检波模块
真有用值检波电路选用ADI公司的AD637，该芯片依据真有用值核算公式，直接输出信号的有用值电压，原理图如图3所示，经过运用片内后级滤波网络能够有用减小带内纹波。在C_AV口接入1μF的电容，在输入信号频率小于1MHz时，起伏的丈量差错小于1％。精度十分高。
3．3 限幅扩大电路
在对信号进行相位丈量前，要先将其整形为方波。但当信号经被测网络后幅值有较大改变，或许呈现信号较强时超出后级处理芯片的丈量规模，而信号较弱时又不能够被后级处理芯片辨认的状况。因为对信号进行频率或许相位的丈量只需求知道其周期信息，而非幅值信息，因而在把正弦信号整形成方波的模块中，采纳限幅扩大，而不选用单纯的LM311整形电路，能够到达更好的效果。
详细电路如图4所示，此限幅扩大电路由前级同相扩大、限幅扩大和电平转化电路3部分组成。前级同相扩大电路首要起到阻抗改换的效果；限幅扩大电路选用二极管1N4148完结负反馈桥式限幅。假如输出信号幅值大于5 V，桥式电路的二极管导通，稳压二极管作业，将电压钳坐落5 V左右；电平转化电路将扩大后的信号经比较后整形为方波信号。转化为TTL电平，便于送入后级电路处理。
因为比较器一级的输入输出电压都很大，因而电路中的运放芯片应该选取超高摆率、输出电流大、耐压高的运放。一起，为使进入比较器的信号愈加安稳，应选取增益带宽积较大的运放。归纳以上要素，选取LF356。其增益带宽积到达5MHz，摆率12V／μs，远满意规划要求。
4 体系软件的规划
体系软件规划部分根据单片机及FPGA为渠道，完结了键盘输入、幅值丈量、相位丈量以及示波器显现扫频信号的功用。键盘输入设置扫频规模和频率步进。幅值丈量由10位串行AD／C TLV1544完结，相位丈量由40 M晶振计数，丈量精度高。丈量数据存于FPGA的RAM中，经过双通道TLV5638输出。体系供给两种显现办法，一种是经过示波器显现整个被测网络的幅频和相频曲线，一种是经过LCD显现特定输入频率的幅值和相位。因为体系选用的AD9851，TLV1544和TLV5638悉数是串行操控的，导致程序有些杂乱，需求严格操控好时序，不然简略出问题。一起考虑到程序的时刻功率，应防止冗余代码，在能用移位运算的状况下防止运用乘除运算。扫频丈量流程如图5所示。
5 测验办法和成果
为了验证该频率特性测验仪的功用，用一个中心频率5 kHz的双T网络作为被测网络。手动输入某一频率，经过液晶显现该频率点所对应的幅值和相位。起伏丈量精度能够到达5％，相位丈量精度1°。设置扫频信号频带规模为1～10 kHz，其间频率步进为10 Hz。从示波器上显现双T网络的频率特性曲线如图6。
6 结束语
本体系比较好地完结丈量某一特定网络的频率响应特性的功用，幅频特性和相频特功能够精确丈量与显现。体系能够在全频规模和特定频率规模内主动步进丈量，可手动预置丈量规模及步进频率值。用LCD显现5位的频率值，3位的电压值及三位的相位值（另以一位作符号显现）。示波器上可一起显现幅频和相频特性曲线。整个体系在单片机和FPGA的有机结合、协同操控下，作业安稳，丈量精度高，人机交互灵敏。
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