便携式功率分析仪设计----功率分析仪软件设计（一）

固定的小触发电平环境下获得粗略的峰值500个。对粗采到的峰值功率进行排序，选择其中的最大的前20个值进行平均。以平均值的1/2作为实际采样的触发电平的大校在粗采样获得触发电平后，进行接下来的精采样。精采样以粗样采得到的触发电平作为触发值，同样采到500个功率值，并以粗采得到的功率值的4/5作为门限值，去掉低的上升沿和下降沿中的信号。将得到的信号再选取其中的3/5作为最后的峰值，进行平均为最终获得的功率值。

此时捕捉到的峰值仅仅是A/D采样得到的十六进制表示的电压值。通过此时电压和功率的对应关系拟合出电压值和功率值的曲线。拟合曲线根据不同衰减挡位进行拟合。同时为了方便用户能够自主调整示波显示，如前文所述，我们在通道中利用TLC5620向通道送入直流偏置调节，使用户可以通过键盘调整显示波形在显示屏的位置。所以为了不影响我们对AD8318输出电压的测量，所以根据TLC5620电压输出：

其中VREF是参考电平，按前文图解所示，VREF =2.5V;RNG为D/A输出范围选择，恒为0.按照以上公式在计算功率之前先将A/D采样得到的电压值减掉其中直流偏置调节部分，才得到真实的信号输入电压值并进入功率计算部分。

在功率测量中，我们经常用dBm来表示功率，由于我们使用的是50欧姆的匹配网络，所以，由峰值检波出来的电压值和dBm的转换关系满足下面的等式：

所以，通过等式可以以dBm的形式表示信号的功率值。

4.2.2频率测量算法

频率计数器程序包括两部分，一部分是频率计算。从计数器得到的频率为二进制表示的25位数。由于计数的门长是一秒。频率记数模块提供一个计数结束标志信号，ARM程序不断取检查该标志信号，当标志信号有效(为高)证明记数完成，再进行实际频率值的计算，避免出现记数过程与频率计算过程时序错误，造成测量值错误的情况。但由于计数门长(1s)相对于FPGA其他部分动作速度，显得过长，为使系统工作效率提高，故在软件设计中加入一个1s定时器，在测频开始后启动定时器，当定时结束时再搜索计数结束标志信号。如果使用直接搜索标志方式，所造成的整个系统暂停1s，等待标志信号出现。这势必造成功率分析仪对信号响应缓慢，不能满足即时响应的要求。通过频率计数器得到的数据通过四次读操作将频率值读入存储器中，通过公式

得到计数值。其中，fdata_1是计数器中的低8位字节，fdata_2是计数器中的中间8位字节，fdata_3为计数器的高8位字节，fdata_4为计数器的最高1位字节。计算得到的freq仅仅是计数器计数的结果值。由于信号在计数前经过了预分频，故，需要将freq乘以分频比N得到的是最终的频率值。

4.2.3参数测量

本系统中设计在精确测量计算射频脉冲峰值功率的同时，要将经检波输出的电压变化曲线想示波器一样，显示在液晶显示屏幕上供用户观测和分析。所以在参数测量部分我们很大程度上借鉴了示波器设计原理。将波形特征参数计算并且按需要把参数的值显示于屏幕菜单显示区，这些参数有峰峰值、平均值、有效值、周期，载波频率以及温度等。计算幅度类参数的基本依据是通道量程，计算时间类参数的基本依据是时基。每一个时基对应一个控制字，例如：100ns=4，250ns=5，500ns=6就是说100ns的时基对应的控制字是4，250ns的时基对应的控制字是5，500ns的时基对应的控制字是6.利用控制字的大小不同，来对端口进行操作。

参数测量都是通过对采集的数据进行分析来进行的，所以，参数测量的结果都源于在FIFO中存贮的采集到的波形数据，这就意味着，功率分析仪的设置情况对参数测量和结果会有影响，例如，如果时基速度设置得比较慢，比如说设置为1ms/格，而要对一个估计为50ns至100ns的上升沿进行上升时间测量，那么由于采集过程中时间分辨率的限制，我们就无法测出正确的结果，为了进行这项参数测量，我们应当把时基设置得足够快，例如设置为50ns/格以便以足够细的时间分辨率显示出被测波形的上升沿。菜单参数是在250个点的波形数据中计算的。

峰峰值计算方法：由于检波器是将射频信号功率值转换为电压幅值，所以我们对显示在液晶屏幕上的波形峰峰值的计算，实际是在计算输入信号在一定时间内的功率波动范围。Vtop(幅度顶值)和Vbase(幅度底值)就是脉冲波形的100%和0%电平值，是脉冲参数自动测量的核心。确定了Vtop和Vbase值，才能计算脉冲其它参数值。当脉冲顶部和底部有严重失真时，顶值和底值往往很难确定。有关脉冲参数标准文件推荐可用频数密度分布统计平均法或密度分布众数法确定Vtop和Vbase值。

Vtop和Vbase的频数直方图众数算法。算法的基本出发点是做波形样点幅度频