頻率特性是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能最直觀的反映。頻率特性測(cè)試儀用于測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性，是根據(jù)掃頻法的測(cè)量原理設(shè)計(jì)，是一種快速、簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、多參數(shù)、直觀的測(cè)量?jī)x器，可廣泛應(yīng)用于電子工程等領(lǐng)域。由于模擬式掃頻儀價(jià)格昂貴，不能直接得到相頻特性，更不能打印網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)曲線，給使用帶來(lái)諸多不便。為此，設(shè)計(jì)了低頻段數(shù)字式頻率特性測(cè)試儀。該測(cè)試儀采用數(shù)字直接頻率合成技術(shù)專(zhuān)用的集成電路 AD985l 產(chǎn)生掃頻信號(hào)，以單片機(jī)和 FPGA 為控制核心，通過(guò) A/D 和 D／A 轉(zhuǎn)換器等接口電路，實(shí)現(xiàn)掃頻信號(hào)頻率的步進(jìn)調(diào)整、數(shù)字顯示及被測(cè)網(wǎng)絡(luò)幅頻特性與相頻特性的數(shù)顯等。該系統(tǒng)成本低廉，掃頻范圍較寬（10 Hz～1MHz），可方便地與打印機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)頻率特性曲線的打印。

　　幅頻和相頻特性測(cè)量方案

　　方案 1：利用公式 H（s）=R（s）/E（s），以沖擊函數(shù)為激勵(lì)，則輸出信號(hào)的拉氏變換與系統(tǒng)函數(shù)相等。但是產(chǎn)生性能很好的沖擊函數(shù)比較困難，需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)做 FFT 變換，需要占用大量的硬件和軟件資源，且精度也受到限制。

　　方案 2：掃頻測(cè)試法。當(dāng)系統(tǒng)在正弦信號(hào)的激勵(lì)下，穩(wěn)態(tài)時(shí)，響應(yīng)信號(hào)與輸入激勵(lì)信號(hào)頻率相同，其幅值比即為該頻率的幅頻響應(yīng)值，而兩者的相位差即為相頻特性值。采用頻率逐點(diǎn)步進(jìn)的測(cè)試方法。無(wú)需對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域與頻域的變換計(jì)算，通過(guò)對(duì)模擬量的測(cè)量與計(jì)算完成，且精度較高。

　　該系統(tǒng)以單片機(jī)和 FPGA 為控制核心，用 DDFS 技術(shù)產(chǎn)生頻率掃描信號(hào)，采用真有效值檢測(cè)器件 AD637 測(cè)量信號(hào)幅度。在 FPGA 中，采用高頻脈沖計(jì)數(shù)的方法測(cè)量相位差，經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)算，可得到 100 Hz～100 kHz 中任意頻率的幅頻特性和相頻特性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在該頻段的自動(dòng)掃描，并在示波器上同時(shí)顯示幅頻和相頻特性曲線。用鍵盤(pán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種功能，并且在 LCD 同步顯示相應(yīng)的功能和數(shù)據(jù)，人機(jī)交互界面友好。圖 1 給出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。