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参赛作品《3GHz频谱分析仪射频采集模块》
起名好困难
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发表于Fri Jun 01 16:45:07 CST 2018   |  只看该作者 1# 电梯直达

【报名阶段需要填写的内容】


1. 参赛者姓名(必填项):林志文


2. 单位或学校名称(选填项):


3. 当前职务或职称(选填项):电子工程师


4. 参赛作品的名字(必填项):3GHz频谱分析仪射频采集模块


5. 简要陈述您的idea和作品(必填项):

    频谱分析仪是频谱测量中用途最广,使用量最大的测量仪器,有着“射频万用表”之称。 超外差式是频谱分析仪广泛采用的结构,它决定了频谱分析仪的整体结构,是频谱分析仪的关键。


本作品主要实现 经济型 高性能 便携频谱仪,该作品主要由六大模块组成:

1. 射频链路,由衰减器,LNA,三级混频(高中频)和 微带滤波器 组成。

2. 本振模块,主要由 宽带集成VCOPLL组成。

3. 中频处理,由 中频滤波器,数控放大器 ADC ,检波器  组成。

4. 扫频模块,有扫频发生器,数控放大器,功率检测器组成。

5. 处理模块,由高性能的M7核单片机完成 整机控制,外部通信, 信号处理 

6. 人机交互,主要由7寸显示屏,按键,旋转编码器组成。




技术指标参考普源DSA832,国睿安泰信GA4063 和 鼎阳 SSA3032, 成本控制在 1500元左右@20套。


初步指标达到:

1. 测试频率范围:9kHz~3GHz

2. 频率分辨率:1Hz

3. 动态范围:-110dBm~+25dBm

4. 前置放大器:20dB

5. 输入衰减:0~51.5dB,0.5dB步进

6. 噪声系数:<30dB

7. 带宽:RBW: 1Hz~1MHz

             VBW: 1Hz~1MHz

8. 相位噪声: < 105dBc @10kHz  f=2G

9. 幅度精度:<  ±0.5 dB

10. 杂散抑制水平:<60dBc

11. 基准频率:50.000000MHz

      温度稳定度:<1ppm

      频率老化:  <1ppm,<3ppm,1年


体积大约为24cm x 18cm x 2cm,重量在1kg左右,供电为6V@2A。


本作品旨在无线电学习和交流,并为广大电子爱好者提供设计参考和借鉴。


6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项):STM8S003F3P6,EPM240T100CN5,HMC284,XC6206P332,CDCLVC1106


7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项):SIM-153MH+,ADE-2+,HMC213,LMX2594,LMX2582,LMH6517,AD9235等。


8. 拟用到的EDA工具软件名称(必填项):PADS,STVD,QUARTUS II,ADS2011,IE3D,CST,HFSS,AutoCAD,ProE等。


【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】


一、作品简介

例如,可以包括但不局限于以下内容:

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片;

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景;

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面,有哪些亮点可体现?


 频谱分析仪是无线通信系统测试中使用量最大的仪表之一。随着通信系统的快速发展|,对射频和微波频段的信号测量的需求逐渐增加,频谱分析仪的市场需求不断加大,研究高性能兼顾低成本的频谱分析仪具有广阔的市场及应用前景。  

 近几十年年微波集成电路发展快速,各大厂商推出了众多物美价廉的集成 PLL 芯片, VCO 芯片、放大器,滤波器组件等,使射频模块的设计更加小型化、模块化、标准化方向发展。所以如何应用好现有的技术资源来实现现代测量仪器对射频模块的高指标要求是我们研究的重点。

 目前高端市场的频谱分析仪大部分让国外公司垄断,如 Agilent R&S 等国外公司,尤其是在宽带高性能的谱仪研制方面, 对于频率测量范围高到 60GHz 的频谱分析仪的价格十分昂贵。而低端的便携式、经济型频谱分析仪,价格虽然在逐年下降,但最常用的3G频谱仪,还是在万元以上,国内厂商受限于集成电路技术,价格也是不菲,让众多的电子爱好者和学生,即使有心学习射频微波相关知识,却没有足够的资金租赁购买设备,不能不说这是一个很大的遗憾。

 不过时代一直在进步,数字示波器就是一个很好的例子,如今的100M带宽的示波器价格已经非常亲民,频谱分析仪也不会例外。21世纪前,频谱分析仪基本采用纯超外差结构,体积庞大而昂贵。在进入21世纪后,频谱分析仪开始采用数字中频技术,频谱分析仪进入数字化设计时代,超外差+FFT是现代频谱仪的基本结构,集成度很高体积大幅减小,价格也逐年下降。

 本作品就是基于超外差+FFT的结构,引文使用了最新的高性能集成芯片,理论性能,电路简单,体积小,性价比非常高。

有点遗憾的是,考虑到作品成本,没有使用腔体滤波器,而SAW滤波器工艺所限频率做不得到很高(不大于2.5GHz),本作品不得不使用微带滤波器,性能差过腔体滤波器不少。不过随着5G技术的发展,代替SAWBAW滤波器很容易做到2.5GHz以上,到那时设计将会更加简单,价格也更加便宜。


------------------------------------------更新与2017年7月8日------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 第二版主要增加了信号处理和人机交互模块。


 之所以要要加入这两个模块,主要是设计过程中,反正当前的设计和当初的设计初衷不符合。

 当初的设计初衷有以下几点:

 1. 价格,必须低于2000元,这是底线,否则还不如买二手仪器。
        2. 参数,必须达到同类厂家产品的80%,否则不足以作为测量工具。
        3. 功能,必须和同类厂家接近,否则不方便使用。
        4. 教学,必须做到不会RF的可以入门,入门的可以改进,懂行的可以作为教学案例来分析其设计优劣。


            开机即用,操作简明,参数较好,基本功能齐全,丰富的教学案例,面向专业和业余的电子爱好者,没有接触过RF或者刚入门RF的学生,有心学习RF却缺乏足够资金的工程师  以及 缺乏教学工具的老师 ,
这才是本作品的意义。


        由于增加了信号处理和人机交互模块,而且空间有限,所以必须采用单芯片的SOC方案,通常有以下几种:
        1. MCU+DSP的新一代cortex-M7
        2. ARM+DSP以TI为代表的达芬奇系列,
        3. ARM+FPGA以xilinx为代表的ZYNQ系列
        4. X86+FPGA。。intel还没出
        5. X86+GPU。。绝对放不下。
        以上综合考虑,方案4和5当前无法实现,方案3接触过但是开发复杂,方案2可行性最大但本人不太懂linux,所以最终选方案1,以NXP的RT1052和ST的STM32H7系列为代表,最后因为熟悉ST系列,选择    STM32H743或者STM32F767

        同时还增加了以下硬件:
        1. 用于缓存液晶屏显示的SDRAM。
        2. 用于缓存高速ADC的异步FIFO。
        3. 用于解调AM/FM的检波功能。
        4. 用于扫频测试的高频信号源和功率检测器,并且是可独立的工作的。
        5. 用于声音播放的声卡和喇叭
        6. 用于远程和数据采集的网卡。
        7. 用于存储大数据的外部flash。

         在第一版的调试过程是,驱动是调通了,第二版的调试估计是7月底,基本功能我还是赶上比赛的,但是完整功能。。。绝对不可能
    

 外壳是必须的,没有金属屏蔽性能很差。


 PCB和原理图将在比赛尾声放出,因为好多参数现在还不确定。

 比赛结束不等于本项目结束,本作品是开源项目,我将会在另外一个区发帖连载此作品的设计思路,欢迎各位拍砖


 最后说一句,RF器件真的好贵啊钱包要爆炸了!


------------------------------------------更新与2017年7月8日------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




作品第一版版图

 点击查看大图




二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式,描述您的作品的组成构架,即方案图。


 主机框图点击查看大图 



面板框图

 

三、硬件部分的描述

1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件(官方建议大家尽量用源文件上传),如果是图片,请确保图片是清晰可辨的;

2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。

3.注明所用到的EDA工具软件名称并附上设计链接。


四、材料清单(BOM列表)

列出您这个作品所用到的主要器件(关键器件即可),比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。

如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的,最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。


五、软件部分的描述(选填)

如果您的作品涉及到软件,请列出作品对应的软件工作流程图,及关键部分的例程、源码(如果您想开源的话请上传全部源码)。


六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频,并编辑到本楼(或附上视频链接)。按要求上传视频可获得10分,具体详见活动规则。


七、总结

例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划,及对我们主办方的建议和意见等。

该帖子已被起名好困难于Sun Jul 08 22:27:25 CST 2018编辑过
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立创工程小...
【官方工作人员】
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发表于Sat Jun 02 10:38:14 CST 2018   |  只看该作者 2#
恭喜您已经报名成功!

您现在就可以开始进行设计工作了,后期相关内容请在一楼编辑进行完善。

当前所有参赛选手分值统计表及活动详细介绍见:http://club.szlcsc.com/article/details_12591_1.html
立创商城电子制作节(审核专员)
生日的蛋糕
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发表于Sat Jun 02 10:50:06 CST 2018   |  只看该作者 3#
我喜欢这个
起名好困难
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发表于Sat Jun 02 12:02:05 CST 2018   |  只看该作者 4#
 点击查看大图 
起名好困难
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发表于Sat Jun 02 12:03:40 CST 2018   |  只看该作者 5#
生日的蛋糕 发表于 Sat Jun 02 10:50:06 CST 2018  3# 我喜欢这个
xiaohua
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发表于Mon Jun 04 10:09:16 CST 2018   |  只看该作者 6#
感觉这个好高难度,期待楼主大作
立创小星
【官方工作人员】
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发表于Mon Jun 04 12:14:45 CST 2018   |  只看该作者 7#
恭喜您传播成功,获得3分。当前所有参赛选手分值统计表及活动详细介绍见:http://club.szlcsc.com/article/details_12591_1.html
起名好困难
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发表于Mon Jun 04 15:42:57 CST 2018   |  只看该作者 8#
xiaohua 发表于 Mon Jun 04 10:09:16 CST 2018  6# 感觉这个好高难度,期待楼主大作
我这周出第一块demo板开始调试朋友如果有兴趣学习此类超外差的话,可以送一块板子给你玩玩
墨雨墨雨
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发表于Thu Jun 07 21:48:01 CST 2018   |  只看该作者 9#
支持楼主,造福广大电工,祝你成功!很期待你的作品!
永远是菜鸟
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发表于Fri Jun 08 09:49:07 CST 2018   |  只看该作者 10#
支持楼主,平时也用到频谱仪,感觉这是个高大上的东西
xiaohua
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发表于Tue Jun 26 19:22:14 CST 2018   |  只看该作者 11#
起名好困难 发表于 Mon Jun 04 15:42:57 CST 2018  8# 我这周出第一块demo板开始调试朋友如果有兴趣学习此类超外差的话...

平时搞到最高800mhz uhf外差机,水平有限只用过声表和介质,楼主功力实在深厚,微带滤波器可以玩得这么转,板子太惊艳。

关键是PADS,STVD,QUARTUS II,ADS2011,IE3D,CST,HFSS,AutoCAD,ProE,这几个工具掌握其一已经不简单,楼主竟轮流上阵,感叹不差距不是一点点。

这个项目做出来绝对前排的排位,希望带给我们更多惊喜

若羽兰依
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发表于Thu Jun 28 13:54:08 CST 2018   |  只看该作者 12#
楼主这个东西如果搞出来还不错额,支持下,终于在论坛看到关于射频类的帖子了,留个联系方式,一起交流下!
说的有道理
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发表于Mon Jul 02 09:18:25 CST 2018   |  只看该作者 13#
楼主这个开始说性价比很高,但后面考虑到制作成本问题,具体的成本范围是多少?
起名好困难
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发表于Sun Jul 08 18:44:25 CST 2018   |  只看该作者 14#
xiaohua 发表于 Tue Jun 26 19:22:14 CST 2018  11# 平时搞到最高800mhz uhf外差机,水平有限只用过声表和介质,楼...
谢谢支持!
起名好困难
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发表于Sun Jul 08 18:48:44 CST 2018   |  只看该作者 15#
说的有道理 发表于 Mon Jul 02 09:18:25 CST 2018  13# 楼主这个开始说性价比很高,但后面考虑到制作成本问题,具体的成...
  初步预计20套均价控制在1500元。因为是第一版,价格不好控制,我尽可能多的选取通用物料。主要是为了保证性能,第一本振太贵了。
起名好困难
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发表于Sun Jul 08 18:51:46 CST 2018   |  只看该作者 16#
若羽兰依 发表于 Thu Jun 28 13:54:08 CST 2018  12# 楼主这个东西如果搞出来还不错额,支持下,终于在论坛看到关于射...
  好的第二版完成后,我会建个交流群大家可以交流下。这个我是打算作为开源项目,即使比赛不能按时完成,我也会继续下去的
起名好困难
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发表于Sun Jul 08 18:53:25 CST 2018   |  只看该作者 17#
永远是菜鸟 发表于 Fri Jun 08 09:49:07 CST 2018  10# 支持楼主,平时也用到频谱仪,感觉这是个高大上的东西
很快就会普及了,5年左右这东西的低端系列一定会降价到低端示波器那样。
chaplin
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发表于Mon Jul 09 09:08:19 CST 2018   |  只看该作者 18#
楼主厉害。支持了,高频的对普通人真的蛮难,做过个简单的nrf24模块,没仪器,不懂高频,只能依葫芦画瓢。
起名好困难
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发表于Mon Jul 09 13:06:35 CST 2018   |  只看该作者 19#
chaplin 发表于 Mon Jul 09 09:08:19 CST 2018  18# 楼主厉害。支持了,高频的对普通人真的蛮难,做过个简单的nrf24...
谢谢支持!从我自己的学习经历,我觉得吧,高频是非常依赖仪器的,如果有频谱仪能事半功倍,但是搜到一些DIY频谱仪范例觉得实用性都比较差,然后就有了就尝试动手设计一个想法。
A36520G
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发表于Mon Jul 09 15:37:04 CST 2018   |  只看该作者 20#
楼主,你能一个人把系统做完。这工作量不少哟。 可以的话,我们愿意利用研发团队可以帮你一起搞,除了高频,别的都不是问题。
无线电定位
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发表于Mon Jul 09 17:21:48 CST 2018   |  只看该作者 21#
楼主,我经常玩对讲机,收音机,经常测试射频收发之类的,送我一片板子玩玩吧,加我 微-信: yupopp
Liu0028
0
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21
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发表于Mon Jul 09 19:31:17 CST 2018   |  只看该作者 22#
这个作品厉害,支持一下。等后面楼主放出资料,我们可以学习一下。
多维空间
2
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24
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发表于Tue Jul 10 19:59:39 CST 2018   |  只看该作者 23#
标题很吸引人,但是如此高的频率,用如此低的硬件成本和性能,可行性有些问题
自由 平等 互助 共享
起名好困难
1
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发表于Tue Jul 10 22:31:25 CST 2018   |  只看该作者 24#
多维空间 发表于 Tue Jul 10 19:59:39 CST 2018  23# 标题很吸引人,但是如此高的频率,用如此低的硬件成本和性能,可...
         朋友,我把的可行性分析思路跟你讲下   

         年初的时候开始冒出这个想法,然后开始搜资料,发现差不多8年前吧,成都电子科大有一个团队已经成功基本实现题中的性能要求,我在仔细阅读了他们的文档后,觉得他们当初是受限于当时的半导体工艺,否则还可以做的更加好。所以可行性是有的,但是科大那个团队只是完成了RF转中频,连ADC都没有做,所以自然也没有信号处理,然后我就开始寻找类似他们方案的真正产品,我相信他们的方案性价比非常高,一定有厂家会实现成品的。

        果然,我搜到了某某(怕生是非我不直接说厂家名字)品牌 和 某某某某 品牌的 详细拆解分析图,他们的方案架构和 科大团队 基本一致,在芯片的选型和方面根据时代变化和实际产品的不同,做出了相应的改进,我根据型号,判断出了他们大概的硬件成本,成本已经降低了不少,但对于小批量的DIY来说,还是偏高。

        我还是不死心,然后就继续疯狂搜索替代芯片,我相信随着5G的到来,砷化镓芯片大量普及成本价格比几年前应该会更便宜!
        还好是搜到了 感谢TI,mini cirrus,ST NXP,还有ADI! TI全新的性价超高的高性能集成超宽带振荡器让我震惊不已! mini cirrus 性能稍逊 但价格亲民 的 MMIC 让我倍感欣慰。  ADI的ADC和检波也是应用广泛价格合理容易购买, ST强悍的400MHz主频 和 NXP 600MHz主频 M7双核DSP单片机  让我觉得这特么完全颠覆我对单片机的想象!

         以上的这些芯片,官网上是有着明确的价格说明,经过反复核算,我惊讶的发现性能不俗的同时,价格居然下降不少! 全部核心芯片加起来不到1000元  的样品!!可见各大半导体厂商对于砷化镓工艺的比之前要精进不少(中兴在泪奔,我硅都还没搞懂呐)!难怪大张旗鼓的推广5G毫米波!!!原来几个G的频率对他们来说都小case了!

        最后,我将我的想法付诸行动,以上是就是我的前期准备工作总结。至于可行性问题,现在跟你说可行性绝逼没有问题一定是吹牛毕竟实物都还没做出来 
        接下来我会把关键芯片型号和价格也也补上,有兴趣的话朋友可以可以先自行分析,超外差的原理就那样,如果你觉得我哪个芯片选的不对或者有更好的,欢迎指正!
        比赛完毕后,无论做的结果如何,我会整理说明文档作为开源项目,离目标差都多远,是客观条件是主观设计错误导致的,供有兴趣的朋友研究。 这个作品不会因为比赛完结就不搞,我可是做好了半年全职的准备了 

起名好困难
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发表于Tue Jul 10 22:33:17 CST 2018   |  只看该作者 25#
A36520G 发表于 Mon Jul 09 15:37:04 CST 2018  20# 楼主,你能一个人把系统做完。这工作量不少哟。 可以的话,我们...

让我先试试吧,现在还只是到在找高频板生产商生产电路的阶段呢。

起名好困难
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发表于Tue Jul 10 22:34:32 CST 2018   |  只看该作者 26#
无线电定位 发表于 Mon Jul 09 17:21:48 CST 2018  21# 楼主,我经常玩对讲机,收音机,经常测试射频收发之类的,送我一...
做出来ok的话,一定送
njyq2008
4
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发表于Thu Jul 12 13:08:42 CST 2018   |  只看该作者 27#
支持楼主,楼主真心厉害!!个人很感兴趣,期待楼主建群讨论!!!
低成本高性能电流检测方案 INA180 http://club.szlcsc.com/article/details_10515_1.html
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