基于FPGA与MATLAB的模拟电路特性测量系统
发布时间：2020-08-27 23:00
【摘要】：电子测量中经常会遇到对未知系统或电路网络传输特性测量的问题,尤其是系统频率特性的测量。当前传统频率特性测量仪器存在价格昂贵、结构复杂、携带不便以及维护困难等问题,不能被工程人员广泛接受。本文将MATLAB与现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)技术相结合,提出了 一种实现系统频率特性分析的新型测量系统。本文设计的新型频率特性测量系统从硬件和软件两个方面进行了设计实现。硬件系统主要包括高速USB3.0通信部分、高速DA传输部分、高速信号采集部分、FPGA控制部分;软件系统主要包括点频信号源部分、频率特性分析部分、串口通信部分。主要工作如下:(1)完成了 USB3.0的控制芯片EZ-USBFX3的固件开发,将设备由Cypress专用类型设备重新枚举成通用串口设备,实现了 MATLAB与EZ-USBFX3控制器的双向数据传输;(2)在FPGA内设计了 EZ-USB FX3与FPGA之间的GPIF II通信协议,实现了 EZ-USB FX3与FPGA之间的高速数据交换,完成了基于AD9226的高速数据采集的通信协议设计,完成了基于AD9708的高速数据传输的通信协议设计,以及完成了 MATLAB与FPGA通信的数据缓存设计;(3)改进了频率特性测量方法中点频法的实施方式,点频信号源的设计由具备强大数据分析处理能力的MATLAB来完成,实现了激励信号频率在指定起始频率和终止频率范围内按步进自动变化的需求;(4)完成了基于MATLAB的被测系统的幅频特性分析和相频特性分析,很大程度上节约了硬件成本,完成了系统频率特性曲线的绘制,设计了用于人机交互的GUI界面。实验结果表明,本系统可以准确测量被测电路的幅频特性和相频特性,具有性能可靠、价格低廉、易于携带、使用方便的特点。该测量系统基本达到了全数字化,这有利于缩小仪器的体积,减轻重量,降低成本,为用户携带提供了方便;性能上能满足大部分模拟电路系统要求的电路网络特性的测量,具有较高的实用价值。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM930;TN710
【图文】：
国内外众多公司及研宄机构相继推出了专用的的频率特性分析仪。逡逑日本ＮＦ回路公司拥有世界先进的频率特性测量技术，ＦＲＡ５１６１５系列频率特逡逑性分析仪是一款多功能的测量仪器，具有行业领先水平，如图１－１所示。该设备可逡逑分析的频率范围为１０ｕＨｚ￣１５ＭＨｚ，可达到ｌＯｕＨｚ的分辨率；每秒钟可达到２０００逡逑次频率变换，可以大幅度减少测量时间；总体增益精度达到了±0．0ｌｄＢ，相位精度逡逑达到了±０．０６°；可以实现自校准以及可以进行高精度测试，主要用于测量低频网络。逡逑—？邋ｒ邋’逡逑图１－１邋ＦＲＡ５１６１５频率特性分析仪逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－１邋ＦＲＡ５１６１５邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋Ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑英国Ｎｅｗｔｏｎｓ４ｔｈ邋Ｌｔｄ公司推出的ＰＳＭ３７５０系列频率响应分析仪，如图１－２所逡逑示。频率分析范围可覆盖ｌ0ｎＨｚ？５０ＭＨｚ，分辨率可达到１０ｕＨｚ，属于低频段产品；逡逑基准信号的产生采用ＤＤＳ直接数字合成技术，增益精度可达到±０．０１ｄＢ，相位精度逡逑高达±０．０２５°；每秒钟可达到１００次的频率变换，整个分析过程稳定可靠，不会产逡逑生数据丢失。逡逑ＰＳＭ７Ｓ６逡逑＃W ＨＵ逡逑（ｊｇｇ＾Ｐ邋１：丨丨逦逦逦逦－逡逑图１－２邋ＰＳＭ３７５０频率响应分析仪逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ＰＳＭ３７５０邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋Ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑国内对频率特性分析仪的研发目前处于探索阶段
频率测量范围为ｌＭＨｚ￣１０２４ＭＨｚ，分辨率总体可达１００Ｂ，属于高频段产品；可用于雷达系统、通讯基站、电台线传输系统等高频段的扫频动态测试，但是对于机械制造段的测试不能满足要求。逡逑y睿颍颍ⅰ椋颍撸撸停椋裕裕颍裕掊义希桑儒澹慑危湾濉觥觥觯垮澹恚礤濉鲥危掊澹у澹幔礤澹椋恚翦义希ァ粒义贤迹保冲澹樱校常保埃埃吧ㄆ狄清义希疲椋纾澹保冲澹樱校常保埃埃板澹疲颍澹瘢酰澹睿悖澹樱鳎澹澹穑澹蝈义嫌⒁瞧饔邢薰就瞥龅模樱粒梗保埃跋盗衅德侍匦圆馐砸牵缥Т锏剑梗耍龋浚常牵龋德史直媛士纱铮保龋辔痪瓤墒怯牍獠废啾龋煞治龅钠德矢哺欠段Ы险荒苈
本文编号：2806723
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM930;TN710
【图文】：
国内外众多公司及研宄机构相继推出了专用的的频率特性分析仪。逡逑日本ＮＦ回路公司拥有世界先进的频率特性测量技术，ＦＲＡ５１６１５系列频率特逡逑性分析仪是一款多功能的测量仪器，具有行业领先水平，如图１－１所示。该设备可逡逑分析的频率范围为１０ｕＨｚ￣１５ＭＨｚ，可达到ｌＯｕＨｚ的分辨率；每秒钟可达到２０００逡逑次频率变换，可以大幅度减少测量时间；总体增益精度达到了±0．0ｌｄＢ，相位精度逡逑达到了±０．０６°；可以实现自校准以及可以进行高精度测试，主要用于测量低频网络。逡逑—？邋ｒ邋’逡逑图１－１邋ＦＲＡ５１６１５频率特性分析仪逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－１邋ＦＲＡ５１６１５邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋Ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑英国Ｎｅｗｔｏｎｓ４ｔｈ邋Ｌｔｄ公司推出的ＰＳＭ３７５０系列频率响应分析仪，如图１－２所逡逑示。频率分析范围可覆盖ｌ0ｎＨｚ？５０ＭＨｚ，分辨率可达到１０ｕＨｚ，属于低频段产品；逡逑基准信号的产生采用ＤＤＳ直接数字合成技术，增益精度可达到±０．０１ｄＢ，相位精度逡逑高达±０．０２５°；每秒钟可达到１００次的频率变换，整个分析过程稳定可靠，不会产逡逑生数据丢失。逡逑ＰＳＭ７Ｓ６逡逑＃W ＨＵ逡逑（ｊｇｇ＾Ｐ邋１：丨丨逦逦逦逦－逡逑图１－２邋ＰＳＭ３７５０频率响应分析仪逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ＰＳＭ３７５０邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋Ａｎａｌｙｚｅｒ逡逑国内对频率特性分析仪的研发目前处于探索阶段
频率测量范围为ｌＭＨｚ￣１０２４ＭＨｚ，分辨率总体可达１００Ｂ，属于高频段产品；可用于雷达系统、通讯基站、电台线传输系统等高频段的扫频动态测试，但是对于机械制造段的测试不能满足要求。逡逑y睿颍颍ⅰ椋颍撸撸停椋裕裕颍裕掊义希桑儒澹慑危湾濉觥觥觯垮澹恚礤濉鲥危掊澹у澹幔礤澹椋恚翦义希ァ粒义贤迹保冲澹樱校常保埃埃吧ㄆ狄清义希疲椋纾澹保冲澹樱校常保埃埃板澹疲颍澹瘢酰澹睿悖澹樱鳎澹澹穑澹蝈义嫌⒁瞧饔邢薰就瞥龅模樱粒梗保埃跋盗衅德侍匦圆馐砸牵缥Т锏剑梗耍龋浚常牵龋德史直媛士纱铮保龋辔痪瓤墒怯牍獠废啾龋煞治龅钠德矢哺欠段Ы险荒苈
本文编号：2806723
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