[发明专利]一种基于Goertzel变换算法的检波器测试仪及测试方法

摘要

提供一种基于Goertzel变换算法的检波器测试仪及测试方法，其利用单片机的直接内存存取技术(DMA)，直接读取存储的标准正弦信号查找表，产生所需频率正弦信号，并通过低谐波失真、高频谱纯度的电流源架构，提高检波器参数测试的测量范围和准确度；使用数字化正弦扫频信号作为输入，测得的检波器参数，可以直接测量待测检波器幅频响应和相频响应特性；使用反馈电路对检波器进行扩频的方式，测量检波器低频响应的真实特性。该检波器测试技术测试范围大、精度高，测试指标可靠，测试速度快，便携性等优势。

主权项

1.一种使用基于Goertzel变换算法的检波器测试仪的检测方法，其特征在于，其基于Goertzel变换算法对幅频特性和相频特性进行分析，实时计算出幅度和相位信息，完整还原出检波器的频率响应，并得到待检测检波器的谐波失真度和各项参数，精度可程序调整，无需存储数据后再计算，无需预留大量硬件内存；其中所述基于Goertzel变换算法的检波器测试仪利用单片机的直接内存存取技术(DMA)，直接读取存储的标准正弦信号查找表，产生所需频率正弦信号，并通过低谐波失真、高频谱纯度的电流源架构，提高检波器参数测试的测量范围和准确度；使用数字化正弦扫频信号作为输入，测得的检波器参数，可以直接测量待测检波器幅频响应和相频响应特性；使用反馈电路对检波器进行扩频的方式，测量检波器低频响应的真实特性；所述基于Goertzel变换算法的检波器测试仪包括单片机和FPGA主电路板、D/A转换电路、电流源、信号调理模块、A/D转换电路和LCD显示屏；单片机存储标准正弦信号查找表，利用DMA直接产生不同频率正弦信号，再连接D/A转换电路，并通过电流源加到检波器上，再对检波器的输出电压放大调理，进行A/D转换，传输到FPGA中，利用Goertzel变换算法和正弦查找表直接计算出所采不同频率下的频率响应和谐波失真度；同时通过采集的数据全面计算和分析出检波器固有频率、灵敏度、阻尼比、直流电阻、动态电阻的各项参数，利用LCD显示出来，并提供USB接口，存储测试的数据结果；单片机存储一个正弦信号查找表，利用DMA直接产生高精度数字化正弦扫频信号作为检波器输入，检测检波器幅频响应和相频响应特性；所述Goertzel算法为一个二阶IIR带通滤波器，滤波器的传递函数为：H_k(Z)为滤波器的传递函数，k＝f_t*N/f_s，f_t为信号频率，f_s为系统采样频率，N为样本点数；其中，确定采样率f_s、块大小N和需要计算的频率f_t，计算需要的常数：k＝f_t*N/f_s则该滤波器的实现形式为式中，S_k(n)为递推计算的中间值，其中S_k(0)＝S_k(‑1)＝0；对每一个采样值X(n)，其中1≤n≤N，在进行N次预采样计算之后，可以得到块N时间段内待测频率f_t的FFT值Y(N)为：Y(N)＝S_k(N)‑e^‑j2πk/NS_k(N‑1)对频率为f_t的稳态响应信号进行采样，采样频率为f_s，其值大于信号中f_t的2倍时满足采样定理，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息；单片机和FPGA主电路板中单片机选用通过USB认证的LPC11Uxx系列微控制器；单片机提供外接USB存储接口和5V直流插口；5V直流转换为±5V和+3.3V电源，+3.3V电源为单片机和FPGA供电；单片机通过SDO、/SYNC、SCLK、SDIN的SPI接口和/CLR、/LDAC、/RESET的IO口与D/A转换电路连接，同时±5V和+3.3V电源供电，D/A转换电路的输出OUTV通过连接电流源，5V直流供电，转换为电流信号OUTI，加载到待测检波器上，待测检波器产生的信号IN+和IN‑经过信号调理模块和AD转换电路，5V直流供电，转换为高精度数字信号，利用AD_SCLK、AD_DOUT、AD_CLK的SPI接口传输到单片机和FPGA主电路板中。