华中科技大学-E题解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/6/26,#,2013,年全国大学生,电子设计竞赛,E,题解析,华中科技大学电工电子科技创新中心,王贞炎,内容,题目解读,相关方案和理论,正交信号产生,正交解调,RLC,网络,设计,制作,模拟解调,数字解调,测试问题,题目,解读,基本要求,正交扫频信号源,频率,范围为,1MHz40MHz,，频率稳定度,；频率可设置，最小设置单位,100kHz,。,正交信号相位差误差,的绝对值,5,，,幅度平衡误差的绝对值,5%,。,信号,电压的峰峰值,1V,，幅度平坦度,5%,。,可扫频,输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进,100kHz,；要求连续扫频输出，一次扫频时间,2s,。,题目,解读,基本部分,关键指标,相位误差,5,幅度平衡误差,5%,同频点上的相对误差，定义,为：,幅度平坦度,5%,。,工作频段内的相对,变化，,定义为：,影响因素,重构滤波器,缓冲放大运放,电路,布局与走线,题目,解读,发挥部分,(1),制作,频率特性测试,仪,输入阻抗为,50,，输出阻抗为,50,；,可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值,0.5dB,，相频,测量误差的绝对值,5,；数据显示的分辨率：电压增益,0.1dB,，相移,0.1,。,关键指标,相频测量误差,5,幅频测量误差,0.5dB,题目,解读,发挥部分,(2),制作一个,RLC,串联谐振电路作为被测网络；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频,测量,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,；,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,；,扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。,关键指标,品质,因素、最大电压增益,相关理论,正交信号产生,“几乎唯一方案”：,DDS,累加器的位数为,N,（相位,2,2,N,），相位步进,k,输出频率,：,实现,成品芯片：,AD9854,FPGA+DAC,相关理论,正交解调,正交扫频信号源输出的信号：,经待测网络后：,其中,和,即为待测的量,相关理论,正交解调,经过乘法器后：,相关理论,正交解调,经低通滤波器滤除高频分量：,解出：,；,相关理论,正交解调,；,相位测量误差,5,的要求：,最坏情况,附近，,或,的最小,误差,为：,或,幅度误差,0.5dB,：,可知题目对于准确度要求并不算高,如果充分利用动态范围，,采集,I,、,Q,的,ADC,，用,8,位即可满足要求,相关理论,RLC,网络,被,测网络为,RLC,串联,谐振电路,，,设,电感为,，电容,为,，,回路电阻,为,复阻抗的摸：,时，串联谐振，中心频率：,相关理论,RLC,网络,为使中心频率为,20MHz,：,品质因素,：,：,相关理论,RLC,网络,最大增益：,根据品质因素,相关理论,RLC,网络,电感范围：,电容范围：,电阻范围：,设计制作,正交信号源,AD9854,方案,设计制作,正交信号源,自制,PCB,参照数据手册上的推荐电路,设计制作,正交信号源,“山寨”,PCB,设计制作,正交信号源,FPGA+DAC,方案,DAC,选型：,DAC902,系列，,Fs,160Msps,，并行,DAC3152,，,Fs,250Msps,，串行,LVDS,DDS,两,个，一个使用正弦表、一个使用余弦表；或用相位控制字控制,module,DDS #(,parameter PHASE_W = 24,parameter DATA_W =,12,parameter TABLE_AW =,12)(,input PHASE_W - 1 : 0 FreqWord,input Clock,output signed DATA_W - 1 : 0,Out);,reg signed DATA_W - 1 : 0 sinTable2 * TABLE_AW - 1 : 0,;,reg,PHASE_W - 1 : 0 phase; / Phase,Accumulater,assign Out =,sinTablephasePHASE_W,- 1 : PHASE_W - TABLE_AW,;,initial,$readmemh(,SineTable.dat,sinTable,);,always(posedge Clock) begin,if(ClkEn),phase ,7;,endmodule,设计制作,数字方案,滤波器,采用,IIR,滤波器较为简单，使用,Filter Solution,设计，得到传函：,设计制作,数字方案,滤波器,IIR,传函,注意的问题：,参数很小，为保证精度，需扩展数据位宽后处理，如扩展至,32,位,设计制作,数字方案,滤波器,CIC+FIR,抽取方案,。,归一化截止频率大于百万分之一，单纯用,FIR,滤波器不可能，可采用,CIC,抽取,+FIR,滤波抽取变采样率，下采样至千,Hz,采样率,用,Simulink,辅助设计,先,由,N=2, M=1, R=65536,的,CIC,抽取器抽取至,2288.8Hz,采样率，再由两级半带,FIR,滤波抽取器抽取至,572.2Hz,，最后由一级,FIR,滤波器滤出,150Hz,以下成分,设计制作,数字方案,滤波器,CIC+FIR,抽取方案,CIC,直流增益,192.66dB,CIC,在兴趣带,(150/150M),相对衰减,0.024dB,CIC,在第一镜像处衰减,220dB,设计制作,数字方案,滤波器,CIC+FIR,抽取方案,FIR,的详细参数,采样率,带宽,归一化通带,归一化阻带,归一化截止频率,需阶数,FIR1,2288.8,1144.4,.131,.869,.5,10,FIR2,1144.4,572.2,.262,.738,.5,16,FIR3,572.2,286.1,.350,.524,.4,28,设计制作,误差和校正,直流偏置,包括乘法器的输出偏置,运算放大器的等效输入偏置电压导致的直流偏置,ADC,采样的直流偏置,直流偏置可通过断开被测网络自检测得，在软件计算中予以校正,实测,AD835,的输出直流分量与电源供电电压有点相关，应保证其供电稳定,设计制作,误差和校正,如考虑，两路正交信号幅度的不一致以及后面滤波放大,AD,采样的增益不一致，且为频率的函数,I,、,Q,两路直流分量可表达为：,解得：,可自检时分别将正交两路各自自乘，扫频，测得数据，解得,和,频率相关的数组，实际测量时再以上式计算,设计制作,误差和校正,DAC,（包括,DDS,芯片内）和,ADC,的幅度补偿,DAC,和,ADC,均有一阶保持器特性，有,sinc,函数型的低通效应，在输出信号频率接近奈奎斯特频率时，将明显衰减，可在数字域增加响应互补的滤波器进行补偿，或直接送与频率相关的幅度控制字,最后还可将被测网络以直连线（尺度相近）替代，扫频测试，测得“仪器的固有特性”，而后在实际测量中扣除影响,幅度相除、相位相减,“,其他,”,软件功能扩展,光标,存储数据,保存图像,测试功能扩展,L,、,R,、,C,测量,奈奎斯特图、史密斯圆图,测试问题,示波器带宽对测试的影响,示波器带宽的影响一般是一阶低通滤波器的效果,100MHz,带宽的示波器在,40MHz,时，相移已有,22,，幅度衰减已有,-0.65dB,200MHz,带宽示波器则是,11,和,-0.17dB,使用,2s/div,档测试幅度平坦度,此时示波器采样率可能很低，会发生混叠，可能出现长时间采集不到波形的峰或谷，导致显示出现缺口,应使用示波器的峰值采样,