手持频率特性分析仪

摘要

本发明公开一种手持频率特性分析仪，包含：电源电路、主控电路、DDS发生器电路、程控衰减电路、乘法器电路、放大电路、增益相位检测电路、RTC时钟电路、FLASH电路、存储电路、LCD触摸屏显示电路、按键电路、一键开关电路、通信电路，本发明实现了扫频信号频率的进步调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显，系统成本低廉，使用方便且精准度高。

说明书

技术领域

本发明涉及频率分析仪领域，尤其涉及一种手持频率分析仪。

背景技术

频率特性分析仪是显示被测电路幅频特性和相频特性曲线的测量仪器，是一种快速、简便、实时、动态、多参数、直观的测量仪器，可广泛应用于电子工程等领域，经过长时间的市场调查发现通用的模拟式频率特性测试仪在使用中存在两个问题，一是不能直接得到相频特性，二是不能保存频率特征图，这就大大增加了企业成本，此外还会由于测量精度不够准确，造成一定的测量误差，从而影响测量的质量。

发明内容

本发明针对已有频率分析仪的不足，提供一种可直接得到相频特性，可保存频率特征图的手持频率特性分析仪。

本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：

提供一种手持频率特性分析仪，包含：电源电路、主控电路、DDS发生器电路、程控衰减电路、乘法器电路、放大电路、增益相位检测电路、RTC时钟电路、FLASH电路、存储电路、LCD触摸屏显示电路、按键电路、一键开关电路、通信电路。

进一步地，所述电源电路包含芯片V1、接口J3、芯片U10、接口P2、芯片U5、场效应管Q7，所述芯片V1的3管脚第一引线接+5V电压输入、第二引线经两个并联的电容C34、C35接地，2管脚输出3.3V电压和3.3VM电压，并经两个并联电容C36、C37接地，发光二极管DR4的正极接所述3.3V电压，负极经电阻R28接地，所述+5V电压经电容C29、二极管D2和D3、电容C30组成的电荷泵输入，输出-5V电压，所述芯片V1的型号为CJ A1117B-3V3。

进一步地，所述接口J3的A1、B12、A9、B4管脚接地，A5经电阻R30接地，B5经电阻R34接地，所述芯片U10的4、8管脚经二极管D1接所述接口J3的A4、B9、A9、B4管脚，并经两个并联电容C14、C15接地，7管脚经电阻R21、发光二极管D9接所述接口J3的A4、B9、A9、B4管脚，6管脚经电阻R23、发光二极管D10接所述接口J3的A4、B9、A9、B4管脚，9、1、3管脚接地，5管脚接所述接口P2的1管脚，并在5管脚处设置有两个滤波电容C16、C17，所述接口P2的2管脚接地，3.7V锂电池与所述接口P2的两个管脚连接，所述接口J3的型号为USB type C，所述芯片U10的型号为TP4056x，所述芯片U5的1、8管脚接电感L1的1管脚，2管脚经电阻R80接所述+5V电压，且经电阻R81接地，3管脚经电容C27接地，且经电阻C28接地，4管脚接地，7管脚接所述+5V电压，5管脚经电阻R84接地，6管脚接所述场效应管Q7的4管脚，所述场效应管Q7的5、6、7、8管脚接所述电感L1的2管脚，1、2、3管脚经电阻R84接地，所述电感L2接二极管D22的正极，所述二极管D22的负极经电容C24、C25、C26的1管脚接所述+5V电压，所述电容C24、C25、C26的2管脚接地，所述芯片U5的型号为LT1619，所述场效应管Q7的型号为Si9804。

进一步地，所述主控电路包含芯片U16、接口P5，所述芯片U16的10、19、26、49、74、99管脚接地，11、27、50、75、100管脚接所述3.3VM电压，20管脚经电感L4接所述3.3VM电压，且经两个并联滤波电容C54、C55接地，21管脚经电感L4接所述3.3VM电压，且经两个并联滤波电容C56、C57接地，48管脚经电容C63接地，69管脚经电阻R48接地，73管脚经电容C47接地，94管脚经电阻R38接地，2管脚经电阻R91接地，且经电阻R90接所述芯片U10的5管脚，12、13管脚分别接晶振X2的3、1管脚，所述晶振X2的3管脚经电容C45接地，1管脚经电容C46接地，2、4管脚接地，14管脚经开关SW2接地，76、72管脚分别接所述接口P5的1、4管脚，所述接口P5的2管脚接所述3.3VM电压，4管脚接地，所述芯片U16的型号为STM32H750VBT6，所述接口P5的型号为SWD。

进一步地，所述DDS发生器电路包含芯片U9、芯片Y1，所述芯片U9的7、8、4、3、2、1、28、27、26、25管脚分别接所述芯片U16的PA0、PA3、PE7、PE8、PE9、PE10、PB0、PB1、PA5、PA6管脚，22管脚经电阻R18接地，12管脚经电阻R24接地，14、5、10、19、24管脚接地，6、23、11、18管脚接电路供电电压VCC，21管脚接电阻R26的2管脚，20管脚经电阻R19接地、且接电阻R20的2管脚，所述电阻R20的1管脚经电容C21接地，所述电阻R20的1管脚与所述电阻R26的2管脚之间设置有电阻R99，所述芯片U9的16管脚接所述电阻R99的2管脚，9管脚接所述芯片Y1的3管脚，16管脚接电感L1的1管脚，所述电感L1的2管脚接电感L2的1管脚，所述电感L2的2管脚接电感L3的1管脚，所述电感L1的1、2管脚之间设置有电容C18，1管脚经电容C22接地，所述电感L2的1、2管脚之间设置有电容C19，1管脚经电容C23接地，所述电感L3的1、2管脚之间设置有电容C20,1管脚经电容C24接地，2管脚经电容C25接地，所述芯片Y1的2管脚接地，4管脚接所述电路供电电压VCC，所述芯片U9的型号为AD9850BRS，所述芯片Y1的型号为XTAL_125M，所述程控衰减电路包含芯片U3、运算放大器U5，所述芯片U3的14管脚接所述电路供电电压VCC，3管脚接地，15、12、13、11、10、9、8、7、6、5、4管脚分别接所述芯片U16的MCUDAC、PC0、PE15、PE4、PE5、PE6、PC13、PC14、PC15、PC2、PC3管脚，1、2管脚分别接所述运算放大器U5的2、3管脚，2管脚接地，所述运算放大器U5的7管脚接所述+5V电压，4管脚接所述-5V电压，6管脚接所述芯片U3的16管脚，所述芯片U3的型号为AD7524AN，所述运算放大器U5的型号为AD817AN，所述乘法器电路包含模拟乘法器U8、运放跟随器U7，所述模拟乘法器U8的8的6管脚接所述+5V电压，3管脚接所述-5V电压，8、2管脚接地，1管脚经电阻R17接地，且接电容C13的2管脚，4管脚经电阻R16接地，且接电阻R13的2管脚，5管脚接所述电阻R13的1管脚，7管脚接所述运放跟随器U7的6、2管脚，所述电容C13的1管脚接所述电感L3的2管脚，所述运放跟随器U7的7管脚接所述+5V电压，4管脚接所述-5V电压，3管脚经电容C8、C4接所述运算放大器U5的6管脚，所述模拟乘法器U8的型号为AD835AN，所述运放跟随器U7的型号为AD817AN，所述运算放大电路包含运算放大器U4，所述运算放大器U4的7管脚接所述+5V带那样，4管脚接所述-5V电压，2管脚经电阻R3接所述电阻R13的2管脚，且经电阻R1接电阻R2的1管脚，3管脚经电阻R4接地，6管脚接所述电阻R2的2管脚，所述运算放大器U4的型号为AD817AN。

进一步地，所述增益相位检测电路包含芯片U6、U1A，所述芯片U6的1、7管脚接地，4管脚接电阻R14的2管脚，且经滤波电容C11接地，所述电阻R14的1管脚接所述电路供电电压VCC，且经滤波电容C12接地，2管脚经电容C1接电阻R5的2管脚，3管脚经电容C2接地，电容C2与所述电阻R5的2管脚之间设置有电阻R7，所述电阻R5的1管脚与接口P1的2管脚连接，且经电阻R6接地，所述芯片U6的5管脚经电容C5接地，6管脚经电容C7接电阻R12的2管脚，电容C5与所述电阻R12的2管脚之间设置有电阻R10，索虎电阻R12的1管脚经电阻R9接地，且接所述接口P1的1管脚，所述芯片U6的9管脚接电阻R8的1管脚，10管脚经连接器J1接所述电阻R8的1管脚，所述电阻R8的2管脚经电容C3接地，且接所述芯片U16的PHASE管脚，所述芯片U6的12管脚经连接器J2接电阻R11的1管脚，13管脚接所述电阻R11的1管脚，所述电阻R11的2管脚经电容C6接地，且接所述芯片U16的VMAG管脚，8管脚经电容C9接地，14管脚经电容C10接地，所述触发器U1A的2管脚接比较器U2A的2管脚，3管脚接比较器U2B的4管脚，5管脚接芯片U16的PE12管脚，所述逆变器USA的1管脚接所述电阻R5的1管脚，且接所述运算放大器U4的6管脚，所述比较器U2B的3管脚接所述电阻R12的1管脚，所述芯片U6的型号为AD8302，所述触发器U1A的型号为RD74LVC74BT，所述比较器U2A、U2B的型号为MC74HC14AD。

进一步地，所述RTC时钟电路包含晶振X1、整流二极管Q1，所述晶振X1的1管脚接所述芯片U16的PC15管脚，且经电容C44接地，2管脚接所述芯片U16的PC14管脚，且经电容C43接地，所述整流二极管Q1的1管脚接所述芯片U10的5管脚，3管脚接所述芯片U16的VBAT管脚，2管脚接所述3.3VM电压，所述FLASH电路包含芯片U14，所述芯片U14的1管脚接所述芯片U16的QSPI BK1 NCS管脚，且接电阻R35的1管脚，所述电阻R35的2管脚接所述3.3V电压，且经电容C42接地，所述芯片U14的2管脚接所述芯片U16的QSPI BK1 IO1管脚，3管脚接所述芯片U16的QSPI BK1 IO2管脚，8管脚接所述3.3V电压，7管脚接所述芯片U16的QSPI BK1 IO3管脚，6管脚经电阻R36接所述芯片U16的QSPI CLK管脚，5管脚接所述芯片U16的QSPI BK1IO0管脚，所述芯片U14的型号为W25Q128，所述存储电路包含接口P3，所述接口P3的1管脚接地4管脚接所述接口J3的A4、B9、A9、B4管脚，3管脚经电阻R33接所述接口J3的B7、A7管脚，2管脚经电阻R31接所述接口J3的A6管脚。

进一步地，所述LCD触摸屏显示电路包含触摸屏P4、三极管Q4，所述触摸屏P4的40、39管脚接所述+5V电压，38、37管脚接所述3.3V电压，36、5管脚接地，34、32、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4、2、1、3、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、31、33、35、37管脚分别连接所述芯片U16的R1、R3、R5、R7、G1、G3、G5、G7、B1、B3、B5、B7、DCMI HSYNC、DE、LCD BL、DCMI RESET、DCMI IICSDA、DCMI IICCLK、INT、DISP、DCMI VYNC、DCMI PIXCLK、B6、B4、B2、B0、G6、G4、G2、G0、R6、R4、R2、R0管脚，且1、2、7管脚分别经电阻R39、R40、R42接所述3.3V电压，所述三极管Q4的发射极接经电阻R46接所述3.3V电压，集电极接地，基极接电阻R50的2管脚，所述电阻R50的1管脚经电阻R47接所述芯片U16的NRST管脚，所述电阻R50的1管脚接所述三极管Q4的发射极，所述触摸屏P4的型号为40P，所述三极管Q4的型号为PNP。

进一步地，所述按键电路包含S1频率按键、S2增益按键、S3相位按键、S4菜单按键、S5参数+按键、S6参数-按键，所述3.3V电压接电阻R61的2管脚，所述电阻R61的1管脚接所述芯片U16的ADC管脚，且经电容C68接所述S1频率按键的2管脚，所述S1频率按键的1管脚与所述电阻R61的1管脚之间设置有电阻R62，所述S2增益按键的1管脚与所述S1频率按键的1管脚之间设置有电阻R63，所述S3相位按键的1管脚与所述S2增益按键的1管脚之间设置有电阻R64，所述S4菜单按键的1管脚与所述S3相位按键的1管脚之间设置有电阻R65，所述S5参数+按键的1管脚与所述S4菜单按键的1管脚之间设置有电阻R67，所述S6参数-按键的1管脚与所述S5参数+按键的1管脚之间设置有电阻R68，所述S1频率按键、所述S2增益按键、所诉S3相位按键、所述S4菜单按键、所述S5参数+按键、所述S6参数-按键的2管脚接地，所述一键开关机电路包含MOS管Q3、开关键SW1，所述MOS管Q3的漏极接所述芯片U15的8管脚，源极经电阻R41的2管脚接所述芯片U10的5管脚，栅极接电阻R43的2管脚，所述电阻R41的1管脚接三极管T1的集电极，所述三极管T1的发射极接地，基极经电阻R45接所述芯片U16的PB10管脚，且经电阻R49接地，所述电阻R43的1管脚接所述三极管T1的集电极，且接二极管D4的正极，所述二极管D4的负极接所述开关键SW1的2管脚，所述开关键SW1的1管脚接地，所述3.3V电压接电阻R44的1管脚，所述电阻R44的2管脚接二极管D5的正极，且接所述芯片U16的PE11管脚，所述二极管D5的负极接所述开关键SW1的2管脚，所述MOS管Q3的型号为HY15P04D，所述三极管T1的型号为9014，所述二极管D4、D5的型号为4148。

进一步地，所述通信电路包含芯片U17、RJ45网口，所述+3.3V电压和所述3.3M电压经电感L5转换为3.3E电压，所述电感L5的2管脚经电容C65接地，1管脚经电容C66接地，所述芯片U17的12管脚经电阻R51接所述芯片U16的ETH MDIO管脚，13、17、18、16、8、7、11、14、15管脚分别连接所述芯片U16的ETH MDIO、ETH MDC、ETH TXD0、ETH TXD1、ETH TX EN、ETHRXD0、ETH RXD1、ETH CRS DV、ETH REF CLK、PA5管脚，24管脚经电阻R59接地，所述芯片U17的21、20、23、22管脚分别经电阻R52、R53、R54、R55管脚接所述3.3E电压，3、2管脚分别经电阻R56、R57接地，19管脚经电容C58接地，且接所述3.3E电压，1管脚经电容C59接地，且接所述3.3E电压，9管脚经电容C60接地，6管脚经两个并联电容C61、C62接地，25管脚接地，5管脚接晶振X3的1管脚，4管脚经电容C67接地，5、4管脚之间设置有电阻R60，所述晶振X3的3管脚经所述电容C67接地，2、4管脚接地，1管脚经电容C64接地，所述网口RJ45的1、2、3、6管脚分别接所述芯片U17的21、20、23、6管脚，且分别经电容C71、C72、C73、C74接地，4、5管脚接所述3.3E电压，且经电容C70接地，12、9管脚分别接所述芯片U17的3、2管脚，11、10管脚分别经电阻R71、R70接地，14、13、8管脚接地，所述芯片U17的型号为LAN8720A，所述网口RJ45的型号为HR911105。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明硬件结构简单，软件设计灵活，具有测量范围宽、精度高、使用方便等特点，并实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显等，系统成本低廉，还可以直接得到相频特性，并保存频率特征图。

附图说明

附图1为本发明电源电路的原理结构示意图；

附图2为本发明主控电路的原理结构示意图；

附图3为本发明DDS发生器电路、程控衰减电路、乘法器电路的原理结构示意图；

附图4为本发明放大电路的原理结构示意图；

附图5为本发明增益相位检测电路的原理结构示意图；

附图6为本发明RTC时钟电路的原理结构示意图；

附图7为本发明FLASH电路的原理结构示意图；

附图8为本发明存储电路的原理结构示意图；

附图9为本发明LCD触摸屏显示电路的原理结构示意图；

附图10为本发明按键电路的原理结构示意图；

附图11为本发明一键开关电路的原理结构示意图；

附图12为本发明通信电路的原理结构示意图。

具体实施例

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

下面结合附图1-12对本发明作以下详细地说明。

实施例1，图1为本发明电源电路的原理结构示意图，整个系统的供电主要是通过LDO V1输出3.3V，电源的5V供电是靠电池电压通过升压芯片U5来控制的，电感L1、场效应管Q7、二极管D22、电容C24、C25和C26、电阻R8等构成了boost的升压电路，-5V是通过电容C29、C30和二极管D2、D3组成的电荷泵输出的，采用TP4056给锂电池充电，二极管D1是为了防止反接，电阻R22是调节输出电流，充电采用TYPEC接口供电，也可以数据传输到电脑。

实施例2，附图2为本发明主控电路的原理结构示意图，采用STM32H750超值系列内置性能先进的

实施例3，附图3为本发明DDS发生器电路、程控衰减电路、乘法器电路的原理结构示意图，由于AD9850BES的Iout和Ioutb是电流输出的，为了得到相应的电压信号，需要在Iout和Ioutb分别接一个电阻R19，由于输出的正弦波信号含有高频杂波，需要低通滤波器滤波除掉，电容C18-C25、电感L1-L3构成了椭圆滤波器，椭圆滤波器相比其他类型的滤波器，在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。由于AD9850BES的正弦波输出电压幅值为1V，经过低通滤波后基本不变，但是不同的被测系统的电压是不一样的，因此需要在低通滤波后加入程控衰减电路对信号的幅值进行调节，程控衰减电路由D/A转换芯片AD7524AN构成，主要利用此D/A芯片的可程控电阻网络构成基于AD7524AN构成的程控衰减器，而在其输出端得到幅度可控的正弦波，由AD7524AN的8位数据输入端进行控制，可实现1～1/56级衰减，需要经过运放放大器U5转换为电压，并实现放大，我们可以通过按键控制增益。乘法器电路选用AD835AN作为乘法器，将单片机的DAC输出的调制信号和DDS输出的信号相乘，对噪声可形成较强的抑制能力，可以通过调节AD7524AN的输出值来实现扫频信号幅值的调节，采用这种方法，简化了硬件电路，提高了稳定性，并且降低了附加噪声，可以控制输出信号的衰减范围，电容C4、C8为隔值电容，滤除直流信号，经过U7运放跟随器后输出到模拟乘法器U8，电阻R16为调节输出电压偏置。

实施例4，附图4为本发明放大电路的原理结构示意图，电阻R3、R1、R2、远算放大器U4构成了对乘法器输出信号的反相比例放大电路。由于DDS信号经过模拟乘法器的带负载能力是比较弱的，为了提高扫频信号的带负载能力，需要在AD835AN后添加功率放大电路，我们选用AD817AN来做放大电路，这样就对信号源的带负载能力增强了。

实施例5，附图5为本发明增益相位检测电路的原理结构示意图，AD8302将两输入信号的幅度之比转化为电压输出，范围为O～1.8V，两输入信号的相位差也转化为电压输出，范围为O-l.8，表示相位差大小O～180，同时由于AD8302检测的相位大小为O～180，无法给出相位是超前还是滞后，所以需要对相位极性进行检测判断，用比较器U2将正弦波形整形为方波，实现两路信号的整形，AD8302通过Vina,Vinb输入两个测量信号，通过VMAG和VPHS两个管脚输出两个信号功率之比的分贝值，以及它们之间的相位差，Vina,Vinb相位差信号从0到1800mV，每10mV代表相位差相差一度。相位差从-180°到0°，和从0°到180°共用0～1.8V输出电压范围，因此同一输出电压会代表两个不同的相位差，随着相位差增加，输出电压斜率从正变成负，电阻R5-R10为简单的信号分压电路，经过电容C1、C2、C5、C7进入芯片U6来检测信号，芯片输出经过电阻R8、电容C3和电阻R11、电容C6，都是低通滤波后给单片机的AD检测。

实施例6，附图6为本发明RTC时钟电路的原理结构示意图，通过单片机的RTC时钟在液晶显示屏上课显示实时时间，电容C43、C44，晶振X1构成RTC时钟电路。

实施例7，附图7为本发明FLASH电路的原理结构示意图，STM32H750的QSPI接口，来驱动W25Q128芯片，可以存储lCD显示的数据。

实施例8，附图8为本发明存储电路的原理结构示意图，STM32H750带USB OTG功能，本发明可以外挂u盘来读取参数并拷贝。

实施例9，附图9为本发明LCD触摸屏显示电路的原理结构示意图，通过STM32H750的LTDC接口来驱动RGBLCD的显示，IIC通讯来控制触摸，电阻R47、R50、R46和电容C53、三极管Q4构成LCD的复位电路，首先是系统初始化，主要是初始化LCD菜单，根据菜单进行按键操作，系统根据频率范围(1O0Hz-4MHz)进行扫描，如果没有其他按键，则ICD显示被测网络在频率范围内的幅频特性和相频特性。

实施例10，附图10为本发明按键电路的原理结构示意图，采用ADC采样的方法检测按键值，当检测到有按键按下时，进行中断处理，系统配置有6种按键处理，扫描频率的步进设置S1，增益的步进设置S2，相位的显示S3，S4菜单键切换显示幅频特性曲线、相频特性曲线、特定频率点幅值和相位特性，S5和S6为参数加减设置，按键设置结束，则系统根据设定值进行扫描和相应的显示。采用DDS芯片AD9854及STM32单片机作为控制单元产生扫频信号，辅以按键控制实现100Hz-4MHz，最小步进1Hz范围内的连续扫频输出和点频测量。经AD835乘法器和低通滤波器得到同相分量和正交分量的直流信号，ADC转换送入单片机，在单片机内进行数据处理，计算得到相位和幅度，通过液晶显示幅频特性和相频特性曲线。

实施例11，附图11为本发明一键开关电路的原理结构示意图，短按开机，长按关机，按键按下Q3导通，系统供电，检测到单片机PE11为低电平，把引脚PB10置高，T1导通，实现自锁，如果长按2s的话，把引脚PB10置低，按键松开关机。

实施例12，附图12为本发明通信电路的原理结构示意图，LAN8720A作为PHY芯片。LAN8720A是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准，支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，芯片通过电容C65、电感L5、电容C66的滤波电路3.3V供电，晶振X3、电阻R60、电容C64和C67提供时钟，可以通过网络来实时检测被测网络的频率特性，并且还可以设置相关的频率参数。本发明的工作原理：

本发明采用数字直接频率合成技术专用的集成电路AD9850产生扫频信号，扫频范围为100hz到4Mhz，可以通过按键来调节频率步长以1HZ为单位，以单片机为控制核心,通过A/D和D/A转换器等接口电路，实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性，并通过LCD触摸屏显示。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。