MCU通过DAC或PWM实现DDS波形发生器的功能

MCU通过ADC对波形进行采集并做频谱分析

FPGA通过PWM输出任意波形，LPF的到200KHz以内的波形

ADC进行波形采集，送到FPGA内部进行频谱分析

① 信号频率：20Hz～20kHz 步进调整，步长为 5Hz

② 频率稳定度：优于 10-4

① 信号频率：20Hz～20kHz 步进调整，步长为 5Hz

② 上升时间和下降时间：≤1μs

① 频率可预置。

② 在负载为 600Ω时，输出幅度为 3V。

（1）正弦波输出频率范围：1kHz～10MHz；

（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；

（3）输出信号频率稳定度：优于 10-4

（4）输出电压幅度：在 负载电阻上的电压峰 50Ω -峰值Vopp≥1V；

FPGA

（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形；

（2）输出信号频率在 100Hz～100kHz 范围内可调, 输出信号频率稳定度优于 10-3；

（3）在 1k负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值 Vopp在 0～5V 范围内可调；

（4）输出信号波形无明显失真；

FPGA - 小脚丫

实时采样

随机采样

SRAM

双口RAM

环形RAM

VCA

电压串联负反馈

顺序等效采样

无源电压探头

输入衰减

延迟线

触发电路

带宽

上升时间

垂直分辨率

采样速率

记录深度

水平分辨率

触发灵敏度

被测网络/峰值检波

（1）频率测量范围为 10MHz~30MHz；

（2）频率分辨力为 10kHz，输入信号电压有效值为 20mV±5mV，输入阻抗为 50Ω；

（3）可设置中心频率和扫频宽度；

前置放大器

混频器

低频模拟放大

模拟基带滤波器

ADC

数字低通滤波器 - FPGA

数字检波器 - FPGA

A/D

数字乘法器

DDS/NCO - FPGA

数字滤波器 - FPGA

（1）输入阻抗：50Ω

（2）输入信号电压范围（峰-峰值）：100mV～5V

（3）输入信号包含的频率成分范围：200Hz～10kHz

（4）频率分辨力：100Hz（可正确测量被测信号中，频差不小于 100Hz 的频率分量的功率值。）

（5）检测输入信号的总功率和各频率分量的频率和功率，检测出的各频率分量的功率之和不小于总功率值的 95%；各频率分量功率测量的相对误差的绝对值小于 10%，总功率测量的相对误差的绝对值小于 5%。

根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性

（1）频率范围为 1MHz~40MHz，频率稳定度≤10-4；频率可设置，最小设置单位 100kHz。

（2）正交信号相位差误差的绝对值≤5º，幅度平衡误差的绝对值≤5%。

（3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。

a. 输入阻抗为 50Ω，输出阻抗为 50Ω；

a. 要求被测网络通带中心频率为 20MHz，误差的绝对值≤5%；有载品质因数为 4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥ -1dB；

b. 扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB 带宽，频率数据显示的分辨率为 100kHz；

设计制作一个简易频谱仪。频谱仪的本振源用锁相环制作。

扫频本振信号

基本部分

发挥部分2

需要200Msps DAC

数字滤波法

方案1 - 多颗数字IC

方案2 - 测频专用IC - 5G7226B

方案3 - 采用MCU

方案1 - 分频段测频、测周期

数字信号源 - 中规模集成IC

跟随器

模拟无源滤波器

模拟有源低通滤波器

设计并制作一台闸门时间为 1s 的数字频率计。

电桥

拍频

差频

李莎茹图形

电容充放电

时基

输入处理

计数显示

信号预处理 - FPGA

双口RAM - FPGA

触发控制 - FPGA

数据封装

ADC - 将模拟信号数字化

逻辑状态分析

适合于交流信号的有效值、功率测量

程控放大器 

抗混叠滤波器

浮点FFT运算

采用FPGA或DSP

（1）测量范围：10mV～2V

（2）量程：200mV，2V

（3）显示范围：十进制数 0～1999

（4）测量分辨率：1mV（2V 档）

（5）测量误差：≤±0.5％±5 个字

（6）采样速率：≥ 2 次/秒

（7）输入电阻：≥1M

积分电路

电压比较器

校零比较器

控制们

n位二进制计数器

定时控制触发器

电子开关

积分放大器 + MCU

波形不同

幅度范围宽

频率范围宽

测量准确度

输入阻抗高

电平（dB）测量

直流

峰值

电压平均值

全波平均值

有效值

模拟

输入电路

ADC

控制逻辑

计数器/寄存器

显示

位数

测量误差

测量速率

输入阻抗

响应时间

交流电桥

比例测量

缓冲放大

相敏检波

A/D

基准信号产生DDS

测试信号源 - DDS

（1）测量量程为 100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量准确度为±（1%读数＋2 字）。

（2）3 位数字显示（最大显示数必须为 999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于 5 次/秒。

DDS

信号检测

FPGA +DAC +ADC

阻抗定义及表达

电感线圈

电容器

电阻器

测量条件与工作条件尽量一致

了解R、L、C自身的特性

伏安法

工作频率宽

电桥法

谐振法

数字化方法

加入了结构设计的元素、可靠性很重要