基于matlab的频率特性测试仪,基于虚拟仪器的网络频率特性测试仪

0引言频率特性是电路的重要指标。为了获得理想的频率特性,需要使用仪器对所设计电路进行测量调试。传统测量方法有逐点法和扫频法。逐点法使用信号源和毫伏表,可得到静态幅频特性曲线。扫频法使用频率特性测试仪,可得到动态幅频特性曲线。传统测量方法操作复杂、故障率高、无法直接得到相频特性[1]。近年来,虚拟仪器以它全新的测量理念和特有的优势广泛应用于电子测量领域。为此,设计了基于虚拟仪器的网络频率特性测试仪,可以较好地克服传统测量的不足。1网络频率特性测量原理对于线性系统,当输入量为f(t)=sin(t+)时,系统稳态响应为Y(j)=H(j)F(j)式中:F(j)为正弦输入;Y(j)为正弦输出;H(j)为线性系统的正弦传输函数,即系统的频率特性函数。H(j)是一个复函数,在直角坐标中可写成:H(j)=R()+jX()|H(j)|为系统幅频特性函数,|H(j)|=槡R2()+X2();()为系统的相频特性函数,()=tan-1X()/R()。网络频率特性的测量就是通过实验的方法得到幅频特性曲线和相频特性曲线。虚拟仪器测量方案是在测试频段内由低到高输出1个线性调频信号,数据采集电路以相同的采样率采集扫频范围内的激励和响应,然后计算出幅频特性和相频特性[2]。线性调频信号的产生有2种方法。一种用计算机控制专门硬件[3-4],可提供几MHz到几GHz的扫频范围;另一种用多功能采集卡产生扫频信号[5-7],可提供几十Hz到几MHz的扫频范围,该方案采用第二种方法。2测量系统硬件设计虚拟频率特性测试仪组成如图1所示。图1数据采集卡连接图测试仪硬件由计算机和数据采集卡组成。数据采集卡的选择主要考虑以下几方面:(1)同时具有模拟输入和模拟输出功能;(2)至少有2个同步采样模拟输入通道;(3)采样频率要至少大于被测网络高端频率的5倍。为此,选择PCI-6111多功能采集卡。此采集卡提供2路12位分辨率同步采样模拟输入,每通道采样速度5MS/s,可测量1MHz以内的网络特性;2路16位分辨率模拟输出,输出电压范围10V;具有模拟和数字触发功能,可以满足电路频率特性测试的需要。3测量软件设计3.1采集驱动程序根据测量要求,在向被测电路送出扫频信号的同时,需要同时采集激励信号和响应信号。即采集卡的模拟输出和模拟输入要并行工作。图2是模拟输出与模拟输入并行工作的框图程序。其中VI-1至VI-5完成模拟输入的通道设置、采样频率Fs、采样点数#S、读出数据格式等参数配置,VI-6至VI-10完成模拟输出相关参数配置。利用传递错误(error)信息的数据线实现输出输入并行的执行顺序[7]。要精确测量网络的频率特性,还需实现精确的同步控制[8]。为此,将模拟输出采用默认时钟,而模拟输入通道的“DAQmxTiming.vi”中的“source”端设置为“Dev1/ao/SampleClock”,即模拟输入采用模拟输出的采样时钟,这样模拟输入与模拟输出实现了同步。由于PCI-6111采集卡具有2个独立的模数转换器,在共用1个时钟的情况下,2个通道不存在相位延迟,是完全同步的。图2采集卡驱动程序3.2扫频信号产生扫频信号由图2中VI-0产生。在LabVIEW中Analyze模板下的Signalprecessing模板中的Chirppattern.vi可产生线性扫频信号。此VI的f1、f2端口是以标准频率表示的扫频起始频率和终止频率。它等于实际扫频起始频率F1和终止频率F2分别除以采样频率FS.采样频率FS取2倍终止频率F2,采样点数#S=10(FS/F1)。3.3信号处理信号处理由图2中的VI-1

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