2013年全国电子设计竞赛E题解析：简易频率特性测试仪

"2013年全国大学生电子设计竞赛中，E题要求参赛者设计一个简易频率特性测试仪，能够测试1MHz至40MHz范围内的RLC串联谐振网络的幅频和相频特性，并在LCD上显示曲线。该题目涉及到正交解调原理、幅频/相频特性、正交信号产生、信号放大、滤波、混频、数字信号计算和曲线显示等多个关键知识点。同时，题目对信号源的频率稳定性、相位差和幅度平衡误差、幅度平坦度以及输出电压等都有严格要求。" 在这个设计中，首先需要制作一个正交扫频信号源，这个信号源应能产生1MHz到40MHz的稳定频率，频率精度要求非常高，同时保证两路信号的幅度平衡和相位正交。正交信号的产生通常会利用锁相环(PLL)或直接数字频率合成(DDS)技术来实现。相位差误差和幅度平衡误差的控制则需要精确的电路设计和调整。 接着，信号需经过一系列处理，包括低通滤波、放大和驱动，确保信号在传输过程中的失真最小。这些环节对电路的线性度、增益稳定性和噪声抑制能力提出了挑战。低通滤波用于去除高频噪声，放大环节保证信号强度足以驱动后续电路，而驱动电路则要确保信号传输时的匹配性和功率输出。 在测试仪部分，输入阻抗和输出阻抗的设计至关重要，确保与被测网络的良好匹配。点频测量时，需要精确测量幅频和相频，误差控制在非常小的范围内。此外，还需要构建一个RLC串联谐振网络作为标准被测网络，其参数如中心频率、品质因数和最大电压增益都需要精确设定。 扫频测量是测试仪的核心功能，需要在1MHz到40MHz范围内进行，并显示中心频率和-3dB带宽。这需要精确的频率扫描和信号处理，以便在LCD上绘制出幅频和相频特性曲线。曲线显示不仅要求准确，还应具备电压增益、相移和频率坐标刻度的可视化。 题目难点主要包括在高频率下的信号处理、信号的幅度平衡和相位正交、幅度平坦度的保持，以及通过ADC进行数字信号处理后的补偿和校准。设计过程中，可能需要采用正交解调器来实现信号的解调，通过ADC转换为数字信号，然后通过数字信号处理算法计算频率特性，最后在LCD上实时显示曲线。 总结来说，2013年全国电子设计竞赛E题是一个集模拟电路、数字电路、信号处理和嵌入式系统于一体的综合性设计题目，旨在考察参赛者的理论知识、实践技能和创新能力。完成这样的设计需要扎实的电子工程基础，良好的系统集成能力和问题解决策略。