一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法

摘要

本发明涉及一种一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法。利用本方法不需要使用仪器和人工操作，使测试效率更高、成本更低、测试更准确。操作者只需在计算机软件界面上点击“开始测试”键就可以启动测试并自动完成测试。包括控制测试启动和接收结果的计算机、替代信号源产生调相信号的可编程门阵列芯片(FPGA)及替代频谱仪测试调相信号幅度的数字信号处理芯片(DSP)。本发明通过计算经数字环路滤波器后的调相信号幅度变化，达到测试环路带宽的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于测试数字环路滤波器环路带宽的方法。

背景技术

数字环路滤波器的环路带宽不仅反映了环路对输入噪声的滤除能力，更重要的是它的取值决定了环路的动态特性，直接影响到环路的各种重要性能，因此，环路带宽是锁相环中一个常用的重要技术指标。

通常测试环路带宽的方法是将数字环路滤波器的输出通过数模转换器D/A转换为模拟信号，通过人工操作仪器测试的方式进行的。它首先是利用信号源产生调相信号输入到锁相环，然后利用频谱仪测试不同调相信号副载波的变化。这种测量方法的问题是测量过程由人工操作完成，测量速度慢、操作繁琐。

发明内容

为了克服上述现有技术测量速度慢，操作繁琐的问题，本发明提出一种一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法。

本发明提出的一种一键测试数字环路滤波器环路带宽的方法，具有如下技术特征：

(1)在可编程门阵列芯片(FPGA)里编程，以直接数字频率合成的方式产生数字调相信号(PM)，并将其送入到数字锁相环中；

(2)计算机通过CPCI、PCI、串口、网络控制并改变可编程门阵列芯片(FPGA)、数字信号处理芯片(DSP)上述调相信号的频率，根据调相信号的幅度变化以测得环路带宽；

(3)在数字信号处理芯片(DSP)中编程，实现离散傅立叶变换(DFT)公式，计算并得到调相信号的幅度；

(4)然后用存放在计算机中的软件启动测试、接收测试结果及结束测试。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明在可编程门阵列芯片(FPGA)中编程产生调相信号(PM)，且调相信号的频率可由计算机软件控制，替代了传统由信号源产生调相信号，由人工操作来完成改变调相信号频率的方法。

本发明在数字信号处理芯片(DSP)中编程实现离散傅立叶变换(DFT)公式，利用此公式得到调相信号的幅度，替代了传统由频谱仪测试调相信号幅度的方法。

本发明利用存放在计算机中的软件控制调相频率，启动测试，结束测试，替代由人工操作的方法来启动测试、计算是否结束测试的方法。

本发明利用环路滤波器的线性低通特性，调相信号通过环路滤波器后，在环路滤波器带外的副载波信号被抑制，根据此特性，可以根据调相信号的幅度变化以测得环路带宽，此种方法适用于所有类型的环路滤波器。

附图说明

图1是本发明采用直接数字频率合成器(DDS)产生调相信号的框图。

图2本发明采集测试数据的电路框图；

图3是本发明计算机软件程序的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施本发明方法的硬件设备，包括控制测试启动和接收结果的计算机、替代信号源产生调相信号的可编程门阵列芯片FPGA，替代频谱仪测试调相信号幅度的数字信号处理芯片DSP。在可编程门阵列芯片FPGA里编程，以直接数字频率合成的方式产生数字调相信号PM，并将其送入到数字锁相环中；计算机通过CPCI、PCI、串口、网络控制并改变可编程门阵列芯片FPGA)数字信号处理芯片(DSP)上述调相信号的频率，根据调相信号的幅度变化以测得环路带宽；在数字信号处理芯片DSP中编程，实现离散傅立叶变换(DFT)公式，计算并得到调相信号的幅度；然后用存放在计算机中的软件启动测试、接收测试结果及结束测试。本发明是通过计算经数字环路滤波器后的调相信号幅度变化，达到测试环路带宽的目的的。

参阅图1。在可编程门阵列芯片FPGA里，以直接数字频率合成DDS的方式产生数字调相信号PM。如图1所示：将所要测试的中频的载波频率控制字通过累加器送入寄存器，从寄存器返回累加后加上相偏的控制字，再查ROM表产生调相信号，最后将调相信号输入到数字锁相环。

在图2中，数字锁相环框图为所要测试的数字设备，测试程序中乘法器、ID低通滤波器、存储器依次连接，中频正弦数字信号产生器再与乘法器连接。中频正弦信号用直接数字频率合成DDS的方法产生，数字锁相环中的数控振荡器DCO的输出与所要测试的中频正弦信号相乘，经过低通滤波器ID降速且滤掉乘法器产生的和频分量，低通滤波器ID的带宽为60倍调相频率的整数倍，且需大于10KHz，小于系统钟频率，降速后的数据用存储器存储，存的采样点数应大于5000点，小于8192点，且为60倍调相频率的整数倍。

当存储器中存足采样点数时，由数字信号处理芯片DSP取数并利用离散傅立叶变换DFT公式计算副载波幅度DFTAmp。以下为副载波幅度DFTAmp的计算公式，

$X_i\left(K\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{Fdata}\left[i\right]·\cos (2·\pi ·i·K)$

$X_q\left(K\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}\mathrm{Fdata}\left[i\right]·\sin (2·\pi ·i·K)$

$\mathrm{DFTAmp}=\frac{1}{N}·\sqrt{X_i^2\left(K\right)+X_q^2\left(K\right)}$

K＝f_pm/DFTFreq

DFTFreq＝f_ID/N

其中f_pm为调相信号的频率，DFTFreq为数字采样频率，N为采样点数，Xi(K)、Xq(K)是通过环路滤波器后的调相信号的离散傅立叶变换实部和虚部。

在图3描述的计算机软件中，计算机收到开始测试的指示，初始化变量ΔA、BLT、A1、Am，计算机软件先根据需要测试的环路带宽BL，控制调相信号的调相频率f_pm为0.5B_L；软件启动测试，向可编程门阵列芯片(FPGA)发出开始存储数的命令；接收到数字信号处理芯片DSP上报的测试数据，存放到A_m后，软件控制调相信号的调相频率f_pm为B_L；软件再次启动测试，向可编程门阵列芯片(FPGA)发出开始存储数的命令；接收数字信号处理芯片DSP上报的测试数据，存放到A₁后，软件计算ΔA＝20log10(A_m/A₁)，判断ΔA的值，当ΔA＜3时，软件返回设置调相信号调相频率f_pm＝f_pm+0.1B，再次启动测试，直到软件判断出ΔA＞3；否则返回到设置调相信号副载波频率f_pm＝f_pm-0.1B启动测试，直到ΔA＜3；总之使得ΔA最接近3，此时对应调相信号副载波频率即为所要测试的参数。