基于FET1052-C核心板,实现专业无线频谱分析仪方案

频谱分析仪是信号频域分析的重要工具,能提供时域观测中所不能看到的独特信号,如正弦波的频谱纯度、非正弦波的频谱、谐波失真等。简单来说,就是它可以检测周围是否存在无线通信信号,如2G/3G/4G/WIFI/NBIOT通信信号或者145MHz/435MHz对讲机VU段通信信号,人们可以使用频谱分析仪测试对讲机各项参数,或者监测未知无线高频信号,确保通信安全,在民用和军用无线通信领域发挥关键作用。

传统的频谱分析仪的体积相对较大,且质量较重,工作的时候需要接入220V电源,只能放在桌子上检测,使用起来较为不便捷。而近年来,随着嵌入式软硬件系统的发展, 无线频谱分析仪开始走小型路线,现在很多的便携式无线频谱分析仪, 使用的锂电池供电,可以做到 跟手机一样大小,可以很方便地用手拿起来检测。


虽然在便携性上面好了许多,但是图像显示的效果、AD采样的频率以及实时性分析上面还是略微有些差,直到i.MX RT1052的推出,使得这几点的改善成为了可能。

i.MX RT1052 MCU, 搭载Cortex-M7内核,主频达528MHz,性能强劲,对于 混合信号处理方面的项目来说非常适合,非常适合用做专业的无线频谱分析仪。并且凭借如此强大的性能和如此丰富的外设,还可以在频谱分析仪的基础上扩展许多创意性的功能,如 U段无线对讲机 声音录制分析系统等。

飞凌FET1052-C核心板,搭载丰富的接口,可驱动各种与频谱分析有关的外设:

1、搭载专业硬件ADC接口,可达到专业频谱分析仪的ADC速率和精度要求;

2、搭载高速硬件SPI接口,可用于驱动SPI接口的频率信号模块ADF4351等;

3、搭载高速RGB液晶屏接口,可以搭建美观的图形界面。


方案实现

1、ADC接口连接ADF4351等频率发生与处理模块,该模块有两个天线,其中一个发射天线(TX)用于发出特定频率的信号,另一个接收天线(RX)用于接收TX天线发出的特定频率的信号与模块周围空中的信号(包括环境白噪音),并进行混合,将频率信号依次送入放大器和低通滤波器中进行信号放大和滤波,最终转为电压模拟信号。模拟信号进入飞凌的FET1052-C核心板的高速ADC接口,接收到电压-时间关系(U-t)的模拟信号后,通过FFT(快速傅立叶变换)转为信号强度(S)随频率变化的数字信号关系(S-f),S-f用图表方式显示出来就是频分图谱,简称频谱。随时间变化的时分动态频谱就可以描绘环境中的信号源强度大小,可探测环境的低频对讲机、GSM、CDMA、4G、WIFI、NBIOT等信号源。

2、LCD接口驱动液晶彩屏,带触摸,显示图形图像时使用SRAM内存颗粒用作显示缓存,显示屏主要作用是为了显示信号强度-频率的数字信号(S-f)折线图,也就是频谱图,该界面除了折线频谱图以外,还带有别的虚拟按钮,如调节扫描频率带宽(SPAN),设置频率起始/结束/中心值(START/STOP/CENT),标记最高值(PEAK),全频段扫描(FULL),标记特定频率(MARKER),设置扫描的时间间隔(DELAY),每点击一个按钮,都弹出相应的菜单进行特定的操作,如点击扫描频率带宽虚拟按钮,则弹出数字九宫格用于带宽值的输入。

3、通过麦克风接口接入麦克风,对录入声音进行频谱分析,将分析结果显示于液晶彩屏上,并将声音信息保存到FLASH中,并可通过Phone接口播放声音。

4、通过以太网接口连接电脑,与电脑端上位机程序进行TCP通信,可通过程序进行频谱的频率设置、带宽设置、时间间隔设置等各项控制设置。