本實用新型屬于頻譜分析技術領域，特別涉及一種頻率特性測試儀。

背景技術：

用于分析信號頻域信息的頻譜儀是信息科學領域必不可少的設備。頻率特性是一個系統(tǒng)或網(wǎng)絡對不同頻率正弦輸入信號的響應特性，頻率特性包括幅頻特性和相頻特性，幅頻特性即放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率的關系；相頻特性即輸出信號與輸入信號的相位差與頻率之間的關系。傳統(tǒng)的頻率特性測試儀大多采用LC電路構成的掃頻振蕩器，在一系列規(guī)定的頻率點上，逐點測量網(wǎng)絡增益，從而確定幅頻特性曲線，用這種方法得到的幅頻特性曲線比較精確，但其存在體積龐大、結構復雜、價格昂貴、功能單一、操作繁雜和性價低等缺點，容易漏測某些細節(jié)，不能反映出被測網(wǎng)絡的動態(tài)特性。目前市場上現(xiàn)有的頻率特性測試儀主要有模擬式和數(shù)字式兩種，要么存在設備體積大、易有故障和操作復雜的缺陷，難以滿足尤其是現(xiàn)場自動測試的要求，要么就是結構復雜、價格昂貴、維護困難，在實際應用中用戶難以接受，已逐漸不能滿足用戶和市場需求。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術的頻率特性測試儀存在結構復雜、操作繁瑣且功能單一的缺陷問題，本實用新型提供一種頻率特性測試儀。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種頻率特性測試儀，包括信號輸入模塊和顯示模塊，還包括掃頻信號發(fā)生器，掃頻信號發(fā)生器包括單片機和FPGA模塊，信號輸入模塊與單片機的輸入端相連，F(xiàn)PGA模塊的輸入端和顯示模塊分別與單片機的輸出端相連，F(xiàn)PGA模塊的輸出端依次連接低通濾波模塊、被測網(wǎng)絡、采樣調(diào)理電路、輸出波形采樣模塊和單片機的輸入端，F(xiàn)PGA模塊接收單片機發(fā)送的波形類型和頻率信息并輸出頻率可控的掃頻信號，單片機內(nèi)設有存儲模塊、信號處理模塊和繼電器，輸出波形采樣模塊內(nèi)設有ADC模塊。

進一步的，所述FPGA模塊通過模擬DDS合成并輸出頻率受單片機控制的掃頻信號。

進一步的，所述低通濾波模塊包括采用一個OPA211運放芯片制備的低通濾波電路，用于對FPGA模塊輸出的掃頻信號進行整形濾波。

進一步的，所述被測網(wǎng)絡包括采用兩個OPA211運放芯片制備的有源濾波器，所述有源濾波器的截止頻率為10-100KHz。

進一步的，所述采樣調(diào)理電路包括TILM6554放大器電路，用于對被測網(wǎng)絡輸出的波形進行整形調(diào)理。

進一步的，所述ADC模塊為ADS4128芯片，用于對采樣調(diào)理電路輸出的波形進行采樣和傳送至單片機。

進一步的，所述單片機為TM4C1294單片機，所述FPGA模塊為XC7A50T-1CSG324C。

進一步的，所述顯示模塊為 LCD12864液晶顯示屏，通過繼電器驅(qū)動用于顯示頻率、幅度數(shù)據(jù)及特性曲線。

進一步的，所述信號輸入模塊采用4*4矩陣鍵盤，用于輸入頻率數(shù)據(jù)和功能切換。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

本實用新型提供的一種頻率特性測試儀，基于數(shù)模混合電路模塊，利用FPGA模塊內(nèi)部模擬DDS合成得到頻率由單片機控制的正弦波作為掃頻信號，通過低通濾波模塊輸入至待測網(wǎng)絡，經(jīng)采樣調(diào)理電路調(diào)理后由輸出波形采樣模塊分別測量各掃頻信號對應的輸出網(wǎng)絡信號，并求得待測網(wǎng)絡的幅頻特性，F(xiàn)PGA模塊利用計數(shù)法測量代表進出網(wǎng)絡信號的相位差的脈沖數(shù)，并送入單片機得到對應頻率點的相角，將各頻點得到的幅度和相位存入單片機中并通過顯示模塊顯示幅頻及相頻特性，在定點測量時，通過矩陣鍵盤輸入所需頻率，由顯示模塊顯示單個頻率點的幅度和相位，能夠?qū)崿F(xiàn)掃頻信號輸出、點頻信號輸出、網(wǎng)絡幅頻特性測試及相頻特性測試，具有測量頻率范圍寬、功能豐富、高精度和低功耗等優(yōu)點，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是本實用新型的工作原理圖；

圖2是本實用新型的運行流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型作更進一步的說明。

如圖1-2所示，一種頻率特性測試儀，包括掃頻信號發(fā)生器、低通濾波模塊、被測網(wǎng)絡、采樣調(diào)理電路、輸出波形采樣模塊、信號輸入模塊和用于顯示頻率、幅度數(shù)據(jù)及特性曲線的顯示模塊。掃頻信號發(fā)生器包括單片機和FPGA模塊，單片機內(nèi)設有存儲模塊、信號處理模塊和驅(qū)動顯示模塊的繼電器，信號輸入模塊與單片機的輸入端相連，F(xiàn)PGA模塊的輸入端和顯示模塊分別與單片機的輸出端相連，F(xiàn)PGA模塊的輸出端依次連接低通濾波模塊、被測網(wǎng)絡、采樣調(diào)理電路、輸出波形采樣模塊和單片機的輸入端。

低通濾波模塊包括采用單個OPA211運放芯片制備的低通濾波電路，低通濾波電路的輸出電壓大小可根據(jù)需要進行靈活設置，對FPGA模塊輸出的掃頻信號的波形振幅具有穩(wěn)壓作用，被測網(wǎng)絡包括采用兩個OPA211運放芯片制備的有源濾波器，其上下限截止頻率可根據(jù)需要進行靈活設置，進而控制信號輸出頻率。

掃頻信號發(fā)生器采用單片機作為主控制器，向FPGA模塊發(fā)送波形類型和頻率信息，由FPGA模塊模擬DDS合成得到頻率由單片機控制的正弦波作為掃頻信號，掃頻信號經(jīng)過低通濾波模塊整形濾波后輸出至被測網(wǎng)絡，采樣調(diào)理電路采用放大器電路作為前級調(diào)理電路對被測網(wǎng)絡輸出的波形進行整形調(diào)理后輸出至輸出波形采樣模塊，輸出波形采樣模塊通過其內(nèi)的ADC模塊對采樣調(diào)理電路輸出的波形進行波形采樣并測量各掃頻信號對應的輸出網(wǎng)絡信號，求得待測網(wǎng)絡的幅頻特性，同時FPGA模塊利用計數(shù)法測量代表進出網(wǎng)絡信號的相位差的脈沖數(shù)，將幅頻特性和脈沖數(shù)的數(shù)據(jù)傳送至單片機內(nèi)的信號處理模塊進行數(shù)據(jù)處理得到對應頻率點的相角，并將各頻點得到的幅度和相位存入單片機內(nèi)的存儲模塊中，繼電器驅(qū)動顯示模塊顯示幅頻和相頻特性曲線；在定點測量時，直接通過信號輸入模塊輸入所需頻率信息，單片機控制顯示模塊顯示單個頻率點的幅度和相位。

信號輸入模塊采用4*4矩陣鍵盤，可直接通過4*4矩陣鍵盤向單片機內(nèi)輸入頻率數(shù)據(jù)，4*4矩陣鍵盤上還設有四個功能按鍵，分別對應輸出掃頻信號、輸出點頻信號、網(wǎng)絡幅頻特性測試和網(wǎng)絡相頻特性測試四大功能，根據(jù)實際需求利用信號輸入模塊上的四個功能按鍵進行功能選擇以實現(xiàn)不同的頻率特性，包括：掃頻信號輸出：單片機控制FPGA模塊輸出掃頻信號并通過繼電器驅(qū)動顯示模塊顯示其步進值和輸出信號幅值；點頻信號輸出：通過信號輸入模塊輸入點頻信號頻率，由單片機控制FPGA模塊輸出固定頻率的信號，輸出波形采樣模塊進行被測網(wǎng)絡增益測量；網(wǎng)絡幅頻特性測試：輸出波形采樣模塊通過其內(nèi)的ADC模塊對被測網(wǎng)絡的幅度頻率特性進行采集并傳送至單片機，繼電器驅(qū)動顯示模塊顯示幅頻特性曲線；網(wǎng)絡相頻特性測試：FPGA模塊測量出代表進出網(wǎng)絡信號的相位差的脈沖數(shù)并將采集到的數(shù)據(jù)傳送至單片機內(nèi)的信號處理模塊進行信號處理，并通過顯示模塊顯示相頻特性曲線。

實施例1：

如圖1-2所示，一種頻率特性測試儀，包括掃頻信號發(fā)生器、低通濾波模塊、被測網(wǎng)絡、采樣調(diào)理電路、輸出波形采樣模塊、信號輸入模塊和顯示模塊。掃頻信號發(fā)生器包括單片機和FPGA模塊，單片機內(nèi)設有存儲模塊、信號處理模塊和驅(qū)動顯示模塊的繼電器，信號輸入模塊與單片機的輸入端相連，F(xiàn)PGA模塊的輸入端和顯示模塊分別與單片機的輸出端相連，F(xiàn)PGA模塊的輸出端依次連接低通濾波模塊、被測網(wǎng)絡、采樣調(diào)理電路、輸出波形采樣模塊和單片機的輸入端。低通濾波模塊包括采用單個OPA211運放芯片制備的低通濾波電路，低通濾波電路的輸出電壓設置為1V，被測網(wǎng)絡包括采用兩個OPA211運放芯片制備的有源濾波器，其上下限截止頻率分別設置為10KHZ和100KHZ，信號輸出頻率為10-100KHZ。

單片機為TM4C1294單片機，F(xiàn)PGA模塊為XC7A50T-1CSG324C，ADC模塊為ADS4128芯片，顯示模塊為 LCD12864液晶顯示屏，用于顯示頻率、幅度數(shù)據(jù)及特性曲線，信號輸入模塊采用4*4矩陣鍵盤，可直接通過4*4矩陣鍵盤向單片機內(nèi)輸入頻率數(shù)據(jù)，4*4矩陣鍵盤上還設有四個功能按鍵，分別對應輸出掃頻信號、輸出點頻信號、網(wǎng)絡幅頻特性測試和網(wǎng)絡相頻特性測試四大功能，用于實現(xiàn)功能切換。

掃頻信號發(fā)生器采用TM4C1294單片機作為主控制器，向FPGA模塊發(fā)送波形類型和頻率信息，由FPGA模塊模擬DDS合成得到頻率由TM4C1294單片機控制的正弦波作為掃頻信號，F(xiàn)PGA模塊輸出的掃頻信號經(jīng)過低通濾波模塊進行整形濾波后，其波形振幅穩(wěn)定在1V并輸出至被測網(wǎng)絡，采樣調(diào)理電路內(nèi)的TILM6554放大器電路作為前級調(diào)理電路對被測網(wǎng)絡輸出的波形進行整形調(diào)理后輸出至輸出波形采樣模塊，輸出波形采樣模塊通過其內(nèi)的ADS4128芯片對采樣調(diào)理電路輸出的波形進行波形采樣和數(shù)據(jù)傳輸至單片機。

根據(jù)實際需求直接通過4*4矩陣鍵盤上的四個功能按鍵進行功能切換，當選擇輸出掃頻信號功能時，TM4C1294單片機內(nèi)的信號處理模塊接收該信號并控制FPGA模塊輸出頻率由TM4C1294單片機控制的正弦波作為掃頻信號，繼電器驅(qū)動LCD12864液晶顯示屏顯示其步進值和輸出信號幅值；當選擇輸出點頻信號功能時，首先通過4*4矩陣鍵盤輸入點頻信號頻率信息，TM4C1294單片機內(nèi)的信號處理模塊接收該頻率信息并控制FPGA模塊輸出固定頻率的信號，輸出波形采樣模塊進行被測網(wǎng)絡增益測量；當選擇網(wǎng)絡幅頻特性測試時，輸出波形采樣模塊通過其內(nèi)的ADS4128芯片對采樣調(diào)理電路輸出的波形進行波形采樣并測量各掃頻信號對應的輸出網(wǎng)絡信號，求得待測網(wǎng)絡的幅頻特性，并傳送至單片機內(nèi)的存儲模塊進行保存，繼電器驅(qū)動LCD12864液晶顯示屏顯示幅頻特性曲線；當選擇網(wǎng)絡相頻特性測試時，F(xiàn)PGA模塊測量出代表進出網(wǎng)絡信號的相位差的脈沖數(shù)并將采集到的數(shù)據(jù)傳送至TM4C1294單片機內(nèi)的信號處理模塊進行信號處理得到對應頻率點的相角并保存在存儲模塊，繼電器驅(qū)動LCD12864液晶顯示屏顯示相頻特性曲線。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。