基于DSP技术的频谱分析系统之电路设计分享

在昨天的文章中，我们为大家分享了一种基于DSP技术的频谱分析系统设计方案，并详细的介绍了这一方案的设计原理。今天我们将会就这一方案的电路设计部分展开全面的分析和介绍，希望通过这一基于DSP技术的频谱分析系统方案，为各位工程师的研发设计工作提供一定的帮助。

电源电路设计

在本方案中，我们所设计的这一基于DSP技术集成芯片的频谱分析系统，其主要的电源主要分为两个部分，一部分是TPS767D318芯片，其主要为系统的控制核心DSP芯片供电，一部分是除MCU信号处理部分的电源，其主要采用传统的线性电源。在整个频谱分析系统的设计过程中，电源电路为系统中DSP芯片及其他元器件提供电源，因此，在设计时主要从电源电压结构、电流要求及加电次序等三个方面考虑。

在这一基于DSP技术的频谱分析系统中，我们所设计的5402芯片供电电源部分采用低电压工作，其内核电压（CVdd）为1.8V，I/O引脚电压（DVdd）为3.3V。而常用电子元器件工作电压为5V，因此，电源管理电路需要提供3种电压：5V、3.3V、1.8V。实际常用的直流电压一般为5V或者更高，因此必须采用电压转换芯片，将高电压转换成3.3V和1.8V供5402芯片使用。系统对电源的电流要求主要取决于DSP外围器件的激活度即使用情况。其中CVdd电流取决于CPU的激活度，DVdd电流取决于外部接口引脚的激活度。此外，理想情况下，对DSP芯片电源引脚的加电次序是同时加电。在不能做到绝对同时时，应保证DVdd先于CVdd加电。

通过对设计要求的综合权衡，在芯片选择方面我们选择使用C5000系列DSP专门设计的LDO电压转换芯片TPS73HD318，该芯片在实际的电源管理应用过程中，能够将输入的5V电源转换为3.3V和1.8V，最大电流750MA。其构成的电源管理电路如图1所示。

图1 TMS320VC5402核心电源电路

在图1所展示的这一核心电源电路图中，为了能够保证DSP电源管理电路的输入为5V，同时能够为其他外围电路提供5V电源输出，而系统的电流需求将远小于500mA，因此在本方案的设计过程中，我们选用的是三端稳压芯片L7805对输入电压进行稳压，同时也扩展的电源的输入范围使得本系统的可靠电源输入范围在7-15V。同时，使用SPX2815稳压芯片将稳压得到的5V电源转化为3.3V为其他的外围电路提供电源其电路原理图如图2所示。其中D1、D2为整流二极管起到防止电源反接的作用，D3为电源指示灯。

图2 外围器件供电电路

滤波器电路设计

在本方案中，我们所设计的这一基于DSP看技术的频谱分析系统，其系统中的输入信号需要通过滤波器消除其噪声与纹波，这样才能满足模数转换器采样要求。考虑到这一要求，我们设计的系统滤波器设计成带通滤波器，用于采集中频信号，如设计一个中心频率为2M的有源带通滤波器如图3，其频响曲线如下图图4所示。

图3 中心频率2M的有源带通滤波器设计

图4 中心频率2M的有源带通滤波器频响

ADC信号采集设计

在本方案中，为了进一步提升信号采集的精度，我们选择采用AD2000高速模数转换器以完成对信号的采集任务。在这一部分的设计中，我们所使用的AD9200转换器具有一个片上可编程基准电压源。也可以选用外部基准电压源，以满足应用的直流精度与温度漂移要求。采用一个单时钟输入来控制所有内部转换周期。数字输出数据格式为标准二进制。超量程信号表示溢出状况，可由最高有效位来确定是下溢还是上溢。其设计电路如下图图5所示。

图5 AD9200信号采集电路

在进行信号采集电路的设计时，需要特别注意的一个问题是，中频输入信号中心频率为2MHz，则电压峰峰值为1V。如果前端送出的中频信号阻抗为50Ω，则该电路直接可用，如果是较高阻抗，则电路中50Ω的匹配电阻不用。

在上图图5所展示的AD9200信号采集电路示意图中，我们可以看到，CLKsam为DSP的定时器输出的Tout信号，该信号通过D触发器将窄脉冲变成方波。D触发器要用CMOS电路，如74HC74，便于3.3V供电。也可用74HC393计数器做一次二分频获得。在这一信号采集电路的设计中，我们所设置的DSP定时器输出的频率应是采样频率的2倍，而读信号可以直接使用DSP的DS信号或IS信号，频率必须和采样频率一致。调试需要DSP软件的配合，通过仿真器加以控制。

异步串行口设计

图6 串口通讯电路

在本文所设计的这一基于DSP技术所研发的频谱分析系统中，其串口通讯电路的设计如上图图6所示。UART可采用SC16C550实现，通过电平转换电路MAX3232将3.3V的LVTTL电平转换成标准的RS232电平，与计算机进行串行传输通信。在这一串口通讯链路中，实现通信只需TXD和RXD信号即可。