压控自跟踪滤波器的研究

摘要

在信号检测中,被测量信号无可避免地含有大量噪声,频率固定的滤波器仅能处理频率不变的信号。而自跟踪滤波器在保持被测信号频率与滤波频率一致,可使其他干扰信号受到衰减,具有很好的滤波性能。由于自跟踪滤波器在通信系统、信号处理等方面有着重要的理论意义和应用价值,因而成为当今科学研究的热点之一。
　　现有的模拟自跟踪滤波器滤波频率不够高、频率跟踪速度慢、带宽窄且难以实现滤波频率的实时处理。为此本文研究设计出一种压控自跟踪滤波电路,该电路的滤波频率可随外部控制电压的变化而自动跟踪输入信号的频率变化,具有通频带范围较广、动态调节方便的优点,适用于信号频率范围宽、滤波速度高以及滤波频率不固定的情况。
　　本论文的主要工作概况如下:
　　(1)介绍滤波器的相关知识。针对现有滤波器存在的缺点,提出设计压控自跟踪滤波器的必要性。
　　(2)介绍频率测量方法、原理及测频结果的误差分析。设计出一种基于 FPGA的高精度、高测速的频率测量电路。测试结果表明,该频率测量电路可实现在整个频率测量范围内的等精度测量,且测量精度高、稳定性好。
　　(3)设计了放大、限幅及整形电路,实现对输入信号的预处理,为后续各个模块的工作做好基础。对放大、限幅及整形电路进行硬件仿真,最后做了实物测试。
　　(4)设计特殊线性的频率电压转换电路。FPGA计数测频值,采用特殊线性频率电压转化法,把计数测频值与D/A转换输出值做好对应,找到比例系数,计算出 D/A对应的数字量,FPGA进行处理实现频率值与二进制数之间的转化。对FPGA做了软件编程,对硬件测频电路做了测试。
　　(5)充分利用电流模电路频带范围宽、信号处理速度高的优点,在已有一阶滤波电路的基础上,设计出基于模拟乘法器和电流反馈运算放大器的二阶滤波电路,并在Orcad10.0软件下进行仿真,最后做了硬件测试。
　　本文设计的压控自跟踪滤波器,可用于信号分析、动平衡测试、故障诊断测试、谐波分析及频率测量等领域,具有良好的应用前景。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

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第1章 引 言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 测频技术的相关理论

2.1测频技术简介

2.2 频率测量原理

2.3 测频误差分析

2.4 本章小结

第3章 基于FPGA的测频电路设计

3.1 测频系统方案设计

3.2 信号预处理模块电路设计

3.3 FPGA测频模块电路设计

3.4 软件设计

3.5硬件部分测试结果

3.5 本章小结

第4章 压控跟踪滤波器的设计

4.1 系统总体设计方案

4.2 频率电压转换电路的设计

4.3 主控模块

4.4 压控跟踪滤波器的设计

第5章 实验测试结果

5.1 放大电路实物测试结果

5.2整形电路测试结果

5.3 D/A转换电路测试结果

5.4二阶压控低通滤波器的测试结果

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

附录A 硬件实物图

攻读学位期间的研究成果

致谢