简易数字信传输性能分析仪设计报告

简易数字信号传输性能分析仪摘要：本设计是以STM32F103单片机为控制核心，辅以现场可编程逻辑门阵列FPGA器件制作的一台简易数字信号传输性能分析仪，该系统在FPGA内部产生曼彻斯特码和伪随机信号，曼彻斯特码经过低通滤波和可调衰减与放大电路进行前端信号调理，该信号与经可调衰减后的伪随机信号进入加法器。后级通过滤波与可调衰减进行信号调理和采样。数字

方案一成本较低，但使用的芯片数量较多，硬件设计较复杂，而且进阶要求中曼彻斯特编码会增加硬件设计的负担；方案二使用现成的FPGA开发板，可较方便且较快实现指定信号的设计输出。而且可较容易实现对信号的曼彻斯特编码。所以采用方案二。

1.2低通滤波器设计：

方案一：采用运算放大器与电阻电容搭建。可采用Filter Pro，TI-TINA等软件设计滤波器，此软件设计的滤波器截止频率精度高，外围器件可根据此软件的仿真结果进行微调即可；运放采用opa606等常见运放芯片，满足这里的滤波器要求。

方案二：采用集成低通滤波器芯片LT1562-2或LT1568搭建。芯片内部集成滤波功能模块，外围电路简单，只需接入几个电阻电容即可。

几个，对于不稳的频率或有过冲，更加准确，所以选择方案二。

二、理论分析与计算

2.1 低通滤波器的设计

巴特沃思滤波器具有通带最大平坦幅度特性，式（3-1）是n阶巴特沃思低通滤波器的幅频

响应表达式?。

12212211211

1()1111+(1)V

V CC A R R A S S A R C R C R C R R C C =

⎡⎤++-+

⎢⎥⎣⎦ （3-1）

80dB/R1=R2=15K ； C9=C2=100PF; R3=R4=6.2K ； C12=500PF;

截止频率：

c

c f =

=215.7kHz 2ϖπ；

电压增益：

1

V A =；

同样200kHz 低通滤波电路参数值如下：

R1=R2=6.8K ； C9=C2=100PF; R3=R4=3.3K ； C12=500PF;

截止频率：

c

c f =

=215.7kHz 2ϖπ

1

A =

m 移位寄存器在时钟的作用下把反馈函数的输出存入x1，在下一个时钟周期又把新的反馈函数的输出存入x1而把原x1的内容移入x2，依次循环下去,xn 不断输出。由题要求得，m 序列数字信号由线性移位寄存器产生，则

)

,...,,(21n x x x f 为1x ，…,

n

x 的模2加n 。

6

540821),...,,(x x x x x x x f ⊕⊕⊕= （3-3）

11

8701221),....,,(x x x x x x x f ⊕⊕⊕= （3-4）

图3 m 序列数字信号产生过程框图

数字信号V1：f1(x) =8

43211)(x x x x x f ++++=的m 序列,由式子可用右移8位的寄存器，

再由4输入异或门，或门及8输入与门实现。

4,号，就可以把同步时钟和信号输到示波器中，由同步时钟外部触发显示眼图。在发挥部分中，输入端同步信号不可用，则需要从曼彻斯特码中提取同步信号时钟，用于以显示眼图。

三、电路与程序设计

3.1 系统框架组成

数字信号发生器、伪随机信号发生器、滤波电路、衰减与放大电路和数字信号分析电路构成。系统框图如图6所示。

图6 系统组成框架

3.2 单元电路分析与设计

，将加噪信号经过600KHZ低通滤波器滤掉噪声，再经过电压比较器对信号进行整形，之后将信号送入同步提取时钟电路即可提取同步时钟。电路见图11。

图11 图12单片机流程图

四、系统软件设计

单片机实现对数字信号数据流在10kbps~100kbps以10kbps步进可调，控制信号同步时钟在10KHZ~100KHZ范围内以10KHZ步进。单片机流程图如上图图12所示。

五、测试仪器与测试数据分析

1、测试仪器

2

测试结果与分析：测试结果见表一。

表一输入信号Vpp=4V

题目要求伪随机信号数据率为10Mkbps，实际测试为（）Mkbps，误差为 %。分析：数据率测试结果显示误差均小于1%，满足题目要求。

信号幅度测试

测试方案：通过交流毫伏表测信号信号峰峰值。

测试结果与分析：曼彻斯特编码信号不经过放大器时，实际测试眼幅度为3.44V，满足TTL （TTL高电平为2.4V）电平；调节衰减与放大电路的滑动变阻器，为随机信号峰峰值范围为100mV～V，满足题目范围100mV～TTL电平。

【2】陈尚松.电子测量与仪器（第二版）.北京：电子工业出版社,2010.

【3】孙肖子.电子设计指南。北京：高等教育出版社，2006.

【4】刘树棠.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计.西安：西安交通大学出版社，2009【5】邱关源.电路.北京：高等教育出版社，2007

【6】潘松.EDA技术实用教程（第三版）。北京：科学出版社，2006七、心得体会