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E题是关于简易频率特性测试仪的设计，要求参赛者综合运用模拟电路、数字电路以及信号处理技术，设计一款能测试1MHz至40MHz频率范围内RLC串联谐振网络的设备。该测试仪需具备正交扫频信号源功能，具有高频率稳定性和精确的幅频、相频测量能力，并通过LCD显示测量结果。" 2013年的全国电子设计竞赛E题旨在考察参赛团队在电子信息、自动化、通信等多个专业领域的综合技能，包括基本知识点与拓展应用。该题目要求参赛者设计一款简易频率特性测试仪，能够测量1MHz到40MHz的幅频和相频特性，这相比1999年的频率特性测试仪在频率范围上有显著提升，同时对测试精度和操作便捷性提出了更高要求。 题目关键知识点涵盖正交解调原理、幅频和相频特性分析、正交信号产生、放大、滤波、混频、数字信号计算以及曲线显示。参赛团队需要设计一个正交扫频信号源，满足以下条件： 1. 频率范围为1MHz至40MHz，频率稳定度小于10-4，频率可设定，最小步进100kHz。 2. 相位差误差和幅度平衡误差分别小于5º和5%。 3. 信号电压峰峰值不小于1V，幅度平坦度不超过5%。 此外，测试仪应能对RLC串联谐振网络进行点频测量，确保输入阻抗和输出阻抗均为50Ω，同时测量误差在幅频和相频上分别不超过0.5dB和5º。被测网络需包含一个中心频率为20MHz，有载品质因数为4，且最大电压增益至少为-1dB的RLC串联谐振电路。测试仪还需能扫频测量并显示中心频率、-3dB带宽以及幅频和相频特性曲线。 题目难点主要包括在宽频率范围内保持信号的幅度平衡和相位正交，保证每路信号的幅度平坦，以及实现精确的补偿、校准和曲线显示。解决方案可能涉及正交信号的产生、低通滤波、放大、ADC转换、正交解调器等技术，以及人机交互界面的设计。 参赛作品的成功不仅在于硬件设计，还包括软件算法的优化，如数字信号处理和曲线拟合算法，以实现准确的频率特性测量和直观的数据显示。经验警示可能涉及到硬件设计中的噪声控制、温度稳定性、电源稳定性等因素，以及软件设计中的实时性、用户友好性和错误处理机制。