一种基于FPGA和单片机的扫频仪设计与实现

2．3 相频特性测试方案

　　采用计数法实现相位的测量。计数法的思想是将相位量转化为数字脉冲量，然后对数字脉冲进行测量而得到相位差。对转换后的数字脉冲量进行异或运算，产生脉宽为T0、周期为T的另一路方波，若高频计数时钟脉冲周期为TCP，则在一个周期T的时间内的计数数值为：

　　式中，φx为相位差的度数。

　　这种方法应用比较广泛，精度较高，电路形式简单，适合FPGA实现。

　　实际测量中，当两输入信号频率较高且相位差很小时，得到的脉冲很窄，这会造成较大误差。为了克服上述缺陷，引入等精度测量的思想(如图3)，采用多周期同步计数法，利用触发器产生一个宽度为被测信号fa整数倍的闸门信号。利用计数器1测量出闸门信号内通过高频脉冲fm的个数N1，利用计数器2测量出相同时间内闸门信号、异或信号、高频脉冲三者相与后的脉冲数N2。因此，相位差值为△φ=N2／N1x36 0°。测量相位的同时，在FPGA内部引入一D触发器，用一路方波信号控制另一路方波，通过触发器输出的高低以判断信号相位差范围是大于180°还是小于180°。

　2．4 系统显示电路设计

　　为了在示波器上显示曲线，需要通过2个D／A转换器向X、Y轴同步送入扫描信号和数据信号。X轴方向的DA转换器输出扫描信号为O～5 V的锯齿波信号，而数据信号为-5～5 V，反应了各个频率点上的信号幅值和相位，由另一片D／A转换器向Y轴方向输出。