2015全国大学生电子设计竞赛(e题)

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1、.word格式.摘要据题目要求，我们设计了以锁相环为基础的高速频谱分析仪。该频谱分析仪能够对高频信号进行有效的频谱特性分析，有高速测量、输入带宽高、转化低频段测量等优点。分析仪其由鉴相器、DDS模块、高速分频器、环路滤波器、压控振荡器、高速低幅混频器和低通滤波器以及一块自带DSP库可用快速傅里叶变换的stm32f407最小系统版。其中为了符合题目要求，用压控振荡器为核心，采用分频器预分频并且和以DDS为核心的外部振荡源进行比较鉴相，并且通过低通滤波反馈给压控振荡器，构成闭环回路。此回路的输出既为要求的本振源，并且和被测信号进行混频，尔后通

2、过滤波，被单片机采样。并且利用单片机内部的DSP模块进行快速的傅里叶变换，从而得到被测信号的部分频谱特性。再尔让DDS扫频输出，从而得到大量数据，构成完整的80MHz到100MHz的完整频谱特性曲线。此后，将数据转化，在TFT屏上进行显示。就此，扫尾完成。关键词:高频；闭环控制；锁相稳频；快速傅里叶变换.专业.专注..word格式..专业.专注..word格式.80MHz~100MHz频谱分析仪（E题）【本科组】1.系统方案本频谱fenxiyi系统主要由鉴相器模块、分频器模块、回路滤波模块、可控振荡源模块、混频器模块、有源低通滤波模块组成

3、，下面分别论证这几个模块的选择。1.1鉴相器模块的论证与选择方案一：BH141射频器数控调频发射器可在80.0MHZ至109.9MHZ范围内任意设置发射频率，可预置13个频道，发射频率调整最小值为0.1MHZ，具有单声道/立体声控制。但是由于步进并不是稳定的100khz，需要有相应的晶振或者外部振荡源作为参考源。所以暂搁此方案。方案二：MC145152鉴相器。MC145152－2芯片是摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片.内部自带双模分频器，可对参考源分频。并且也可对输入信号进行3到1023倍的分频。它有两路鉴相信号输出，其中，ФR

4、、ФV用来输出鉴相误差信号，LD用来输出相位锁定信号。所以可方便的对相位锁定过程进行观察。综合以上二种方案，选择方案二.1.2分频器模块方案一：采用MC12017MC12017是一款双分频选项的高速分频器，具有32和33两种分频模式。.专业.专注..word格式.并且输出为偏置电压，可完美符合后置电路。方案二：采用74hc404614位二进制异步计数器74HC4060，最高可至95M.但个题目要求不符，所以舍弃。综合以上三种方案，选择方案一。1.3回路滤波模块方案一：有源比例积分滤波。在高频时有一定的增益，这对PLL捕捉有利，并且引入了一

5、个零点，增加了环路稳定性。但是设计有难度，设计自动控制原理迟滞特性。方案二：三阶无源环路滤波器此方案简单，而且能够满足vco所需的最低电压要求，并且阶数较高，可显著降低基准频率带来的纹波。故选择方案二。1.4、可控振荡源模块方案一：采用MC1648MC1648具有功耗低，输出频率大，外部电路简单等特点。方案二：采用分离元件搭建可以很好的满足题目的要求，但是线路复杂，所以不考虑。根据现有电路和材料及性能综合考虑，采用方案一。.专业.专注..word格式.1.5混频器模块方案一：ne602Ne602内含双平衡振荡器（DBM）、振荡器和稳压器。

6、可作为乘法器。但是无法熟练使用，故放弃。方案二：AD831具有500MhzRF和LO输入带宽，并且以250Mhz的差分IF输出的地是真混频器。使用了单电源供电，并且有成熟的使用原理图。综合考虑采用方案一。1.6有源低通滤波模块方案：采用二阶低通滤波巴特斯沃滤波电路在小于截至频率cω的范围内，具有最平幅度的响应，而在w大于wc后，幅频响应迅速下降。所以可以很好的符合题目的要求2系统理论分析与计算2.1鉴相器的局部系数的计算鉴相器内部系数计算如下：总分频系数Nt=N*32+A，现取N=64，A=0；∴Nt=2048又对R[2]=010,所以对

7、DDS输入波形分频为128倍。所以Fout=Nt*F(dds)/128;例如，DDS输入波形为1MHz，则输出经过锁定后应该有16MHz2.2回路滤波器的计算.专业.专注..word格式.图1环路滤波器x0=c2R1x1=c1c2c3R1R2x2=c1c2R1+c1c3R2+c2c3R1+c2c3R2x3=c1+c2+c3KFs=1+sx0s3x1+s2x2+sx3x3jw=1+sx0jw3x1+jw2x2+jwx3所以这里选用400MHz作为输出频率范围，鉴相器分辨率为6.25kHz，压控灵敏度Kv=15MHz/v，参考振荡器频率为12

8、.8Mhz。故参数的选择如下。C1=33.5nF,R1=3.61K,C2=456nF,R2=7.99K;C3=15.3nF2.3可控振荡源的计算       2.4有源低通滤波器的计算，.专业