2017年电赛国赛H题《远程幅频特性测试装置》训练总结（信号接收采集部分）

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前言

这里先给出另外两篇训练总结的链接，
信号源部分总结
放大器部分总结

前两篇主要总结了硬件部分的信号源以及放大器模块，这一篇就来说说这一题的关键部分也是最后一部分----信号采集部分。

因为我们老师对双绞线的功能进行了削弱，只把它当被测网络处理，故这里不再添加加法器把幅频信号叠加在一起再通过双绞线传输。

这里给出我们整道题的设计思路框图。

本组此题原理图及PCB压缩包可以点击此处下载

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一、频率特性测试原理简介

频率特性描述系统的内在特性，与外界因素无关，是一种以频率为变量描述系统特性的方法。当无法确知电路的详细结构与元件的详细参数，该问题就成为了“黑箱”或“灰箱”问题。由于采用频率特性描述系统时，无需知道网络内部结构与参数，只需知道系统的输入和输出，因此频率特性在工程实践和科学实验中都有着广泛的应用。频率特性测试仪通过测量网络的输入和输出经计算得出。

假设输入信号为：

根据傅立叶变换得到：

由于只关心信号的幅频特性，去其绝对值:

所以，为了能够充分的检测到1MHz-40MHz的信号，我们使wo=w1,则w1-w0为一直流，通过低通滤波器后，可以进行高精度的采样，得到准确的幅度信息。

二、检波电路

放大器扫频经被测网络输出交流信号，需要将其转换为直流送AD采集，在此提出两种不同的检波方案供读者选择，这两个方案最终都能实现。

1.方案介绍

①AD835乘法器同步检波电路+低通滤波+ADC采样

这里给出AD835乘法器模块图及芯片手册


这里给出运算过程。

需要注意的是，这里的A表示的是有效值的峰值，读者在自己测试的时候，一定要注意分清有效值、峰峰值与峰值。这里给出两组我们自己测试出的数据给大家参考。

在输入两路1MHz、1Vrms正弦时，过乘法器与滤波后输出为2MHz、250mVpp。
在输入两路1MHz、1Vpp正弦时，过乘法器与滤波后输出为2MHz、60mVpp。

以上是交流信号，AD835乘法器模块自身还带有30mV偏置，需要后续单片机处理掉。

最后单片机再将输出的信号进行处理，还原成原始幅度信息即可。

②AD8310峰值检测电路+ADC采样

使用集成式对数放大器AD8310搭建对数建波模块。其响应速度快，并可提供较宽的动态范围和良好的温度稳定性能。

使用AD8310对数放大器进行对数检波，其输出电平与信号幅度的关系为：

其中，Vout是输出电平，VY是斜率电压，VIN是输入电压，Vx是截止电压。根据器件特性与电路设计出Vy与Vx 。只要通过信号源在输出幅度一定的前提下进行快速线性扫频，对数检波输出电平的快速变化即可反映为幅频特性曲线。由于示波器依赖捕获功能来显示波形，只要在扫频开始时生成一个脉冲信号触发示波器开始捕获，在下一次扫频开始时重复上述操作，便能截取出一个扫频周期内稳定的幅频特性曲线。

三、测试幅频特性的时候应该注意的问题

1.排除系统自身的异常幅频特性

显然，作为一个能测试待测网络幅频特性的装置，装置本身不应该有明显异常的幅频特性，即在题目要求的1MHz-40MHz频率范围内，装置本身的输出信号应该与输入信号的幅频特性大致相同。

本题中容易造成此类问题的地方主要有：
①自制的滤波器可能会引起信号在1MHz-40MHz的衰减或增益
②硬件电路各级会引入或大或小的噪声
③芯片带宽可能不满足题目要求

对于异常的频率点，可以通过软件补偿的方式，也可以通过修改硬件电路的方式，均可达到预期。

2.示波器XY模式的调节

这里给出我队友写的示波器XY模式调节的方法

3.信号源扫频模式的调节

这里给出我队友写的信号源设置扫频模式的办法

4.软件扫频周期的设置

软件扫频周期应该设置合理，过长会导致示波器显示过慢，出现的波形断断续续甚至变成点，过短会导致单片机或系统的硬件电路响应速度跟不上。请读者根据自身情况调整。

四、幅频特性测试图

我们组以自制的以40MHz为截止频率的三阶无源LC低通滤波器作为待测网络，测试出的幅频特性曲线如图：

总结

至此关于此题硬件部分的内容写的大致完毕了。作为一道高频题，这题不能通过面包板搭建以及软件仿真方法来调试电路，给硬件整体的电路调试环节带来了很多麻烦，我们小组也是屡屡碰壁，不过最后也是能做出成品，还是有些感慨的，也欢迎大家来讨论。

本组此题原理图及PCB压缩包可以点击此处下载