基于AD9951的扫频仪硬件电路的设计

季小榜 李永星

关键词：扫频仪;衰减器;AD9951;AD8307

频率特性测试仪也称扫频仪，用于测试网络的幅频特性和相频特性，在现代电子测量中占有重要的位置。运用扫频技术的频率特性测试仪可以对被测网络进行快速的动态测量，得出被测网络传输特性的实时测量结果。随着电子科学技术的发展，扫频测量技术日益被人们所重视。一般示波器只能显示幅度与时间关系的曲线，它可以用来捕获、显示和分析时域波形，对于频域信号的分析，就无能为力了，而扫频仪由于把调频和扫描技术相结合，能够显示频率和幅度关系的曲线。扫频仪在科研、教育和生产等单位已得到广泛的应用，对无线电通信、广播电视、雷达导航、卫星地面站等设备的测试、以及有关电路的分析和研究，提供了極大的方便。

1 扫频仪硬件电路系统设计

电源输入采用计算机的USB接口提供5V供电，5V电压为AD8307供电。电源电路对5V电源降压并稳压后输出3.3V为微处理器供电;另外对5V电源进行降压并稳压后输出1.8V，为DDS芯片AD9851提供电源。

采用单片机GD32E230C8T6作为微处理器，微处理器控制DDS芯片AD9951生成扫频信号，AD9951输出的信号经带通滤波器滤波后送至信号衰减器，衰减器采用分离元件构成，衰减量由微控制器通过继电器控制，衰减器输出的信号经扫频仪的输出端口对外输出。

扫频仪的模拟前端电路采用对数放大器AD8307实现模拟信号的检波，该芯片工作频率为直流至500 MHz，线性度为±1 dB，输出信号斜率为25 mV/dB，截距为–84 dBm。输入为- 74dBm（即交流截距为- 84dBm， 20µV rms正弦输入）时，输出电压变化为0.25 V，输入为+ 16dbm时，输出电压变化为2.5 V。AD8307输出电压信号送至微处理器的ADC输入端口。利用GD32E230C8T6片内的ADC实现模拟电压数据采集，采集的数据经串口输出至USB转串口电路，再经过USB接口送至计算机，计算机端采用LabVIEW实现扫频仪的上位机软件，根据下位机送来的数据绘制出幅频特性曲线。

2 带通滤波器电路设计

带通滤波器的前级采用电容、电感、电阻构成的多阶带通滤波器。带通滤波器的后级采用NPN型射频晶体管BFP420作为放大器件，该器件适用于射频高增益低噪声放大器。

3 带通滤波器电路仿真

带通滤波器电路的仿真结果显示在低频段100kHz处，带通滤波器电路的增益为19.1dB，在高频段195.851MHz处，带通滤波器电路的增益为27.496dB。根据仿真的幅频特性曲线可以看出，该带通滤波器在中低频段增益平坦，高频段增益略高，恰好能够补偿DDS芯片AD9951输出信号幅度在高频段有所变小的影响。仿真结果说明，该带通滤波器性能良好，可满足频率为100kHz至200MHz范围通频带的要求。

4 信号衰减器电路设计

衰减器采用3级电阻网络和继电器构成，第一级为20dB衰减网络，第二级为10dB衰减网络，第三级为20dB衰减网络，每一级的衰减网络是否工作由微控制器通过继电器来控制，衰减器输出的信号经扫频仪的输出端口对外输出。

5 扫频仪的校准

使用前，最好能对扫频仪进行幅度和频率校准，确保测量结果更加准确。本文使用40dB（对数检测）或6dB（线性检测）衰减器进行校准。

6 扫频仪的性能指标

本文设计的扫频仪的频率范围为100KHz～200MHz，扫频步长≥1Hz，扫频速度可达810点/秒，输出信号强度≥1dBm，信号幅度动态范围可达70dB，最大输入信号可达10dBm，衰减器误差为±1dB@60dB，与上位机的接口采用USB接口，信号输出与输入端口采用BNC接口，供电采用USB接口提供的5V电压，无需外接电源适配器，整机工作电流小于200mA。

7 结论

本文设计了一种结构简单、低成本、性能稳定的基于 DDS 技术的频率特性测试仪，同时，可作为简易的信号发生器或功率计使用，具有较高的实用价值，可以测量晶体振荡器、滤波器、LC谐振回路等电路或器件的性能参数、满足日常的电工电子类实训教学和科研需求，也可应用于学生课外实践活动和技能竞赛训练。

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作者简介：季小榜，1984年4月，男，汉族，河南开封人，本科，讲师，研究方向：电路与系统、嵌入式技术。

项目来源：2021年度河南职业技术学院校级科研基金资助项目

项目名称：频率特性测试仪的设计

项目编号：2021-HZZK-04