基于FPGA 的频谱分析仪设计

张亚周，张家运，孙艳丽

（1.海军航空大学 航空基础学院，山东 烟台 264001；2.海军航空大学 学员4 队，山东 烟台 264001）

频谱分析仪是测量高频信号常用的仪表，主要测试失真、交调、寄生、噪声边带等参数[1-3]。当前实现方式主要有3 种：1）采用通用数字信号处理芯片实现；2）采用专用TFT 芯片和数字信号处理芯片相结合；3）采用FPGA 实现[3-4]。采用数字信号处理芯片，通常对速度要求较高，或受数字滤波器影响无法实现高频率和高速率[5-6]。而FPGA 具有逻辑时序控制以及强大运算能力，能够解决上述问题[7-8]。文中设计的模拟式频谱分析仪以FPGA 为核心，主要包括振荡器、混频、滤波以及显示部分。其中本振源模块主要采用MHC830 芯片设计锁相环的信号发生器；混频模块利用AD835 乘法器将输入信号与本振信号进行混频得到中频信号；混频后的中频信号经过信号处理模块以中心频率为10 MHz 进行滤波；频谱图显示模块对输出信号进行编码以及在显示器上显示。这种方法的优点是扫频范围大，硬件成本低廉，主要用于测量稳态信号的频率幅度。

1 锁相环本振源工作原理

锁相环电路主要包括晶振、鉴相器、分频器、压控振荡器、低通滤波器，并留有数据控制接口[9-10]。晶振产生由自身决定的固定频率（Fref）信号，经分频器进行R分频后输入到鉴相器，在鉴相器中将该信号与压控振荡器输出频率（Fout）信号进行N分频后的信号进行比较，将比较的相位差以模拟信号方式输出，并通过LFP 滤波加到压控振荡器的调制端，从而控制鉴相器两输入频率相等。……