前言

今年电赛的通信题并不是那么的传统,以及四川省也并没有选择通信题,那自然就是选择唯一的信号题了。笔者早就过了为电赛奋斗的年纪了,在此于赛后仅做方案分析以供后人参考。

题目 周期信号测量分析装置(G题)

详细内容见官网:

主要内容见:

任务

设计制作周期信号测量分析装置(以下简称为装置),可对信号源输出的周期信号进行测量与分析,信号源输出阻抗为 。装置既能在显示屏上稳定显示的波形图或电压频谱图,也能稳定显示的时域或频域相关参数值,频率分辨率。装置组成框图如图1所示。

图1 装置组成框图

要求

1. 输入

  • 电压峰峰值
  • 所有频率成分均在 范围内
  • 每项完成时间不超过2秒
编号 要求 分值
(1) 键控选择一屏显示 的1个或者3个完整周期波形 6分
(2) 显示 、有效值 ,误差绝对值均 ;显示基频 ,误差绝对值 13分
(3) 定性显示电压频谱图 5分
(4) 显示电压频谱各分量幅值,误差绝对值 9分

2. 输入

  • 电压峰峰值
  • 所有频率成分均在 范围内
  • 每项完成时间不超过2秒
编号 要求 分值
(1) 键控选择一屏显示 的1个或者3个完整周期波形 6分
(2) 显示 、有效值 ,误差绝对值均 ;显示基频 ,误差绝对值 13分
(3) 定性显示电压频谱图 5分
(4) 显示电压频谱各分量幅值,误差绝对值 9分

3. 输入

  • 被测信号 :峰峰值 ,频率
  • 单频干扰 :峰峰值 ,频率
  • 要求装置能抑制单频干扰影响,每项完成时间不超过2秒
编号 要求 分值
(1) 键控选择一屏显示 的1个或者3个完整周期波形 6分
(2) 显示 、有效值 ,误差绝对值均 ;显示基频 ,误差绝对值 15分
(3) 定性显示电压频谱图 5分
(4) 显示电压频谱各分量幅值,误差绝对值 8分

4. 设计报告(20分)


题目分析

  1. 待测信号有个频率分量,范围 ;以及个干扰分量,范围 (器件清单要求的信号源最高
  2. 题目不考虑个分量相位,故全部相差为0且表示形式为 相加,则峰峰值和有效值均可以用各分量幅度来进行合成计算。
  3. 频率为 整数倍。
  4. 题目要求信号源是输出阻抗,但是对负载阻抗是否匹配没有要求。
  5. 单 5V 电源供电。
  6. 显示要求 6 英寸的屏幕。
  7. 频谱和信号定性显示,注意要求 1 个周期或 3 个周期均可显示,即可切换。

笔者方案

  1. 4 ~ 6 阶有源滤波可以在模拟方面消除干扰信号,后接放大和直流偏置调理,输入到 ADC ,使用 4096 点 FFT,采样率如 4096 × 500Hz的频率避免出现栅栏效应,或以其他算法辅助均可。
  2. 高速 ADC 直采,40M以上采样率可以力大砖飞,直接进行数字滤波。
  3. 使用 3 个合理的采样率使得待测信号满足低通采样定理,干扰信号不做要求;对频谱进行分析,干扰信号的频谱会进行移动,频域删掉即可。
  4. 其他邪门方法辅助: 选择合适单位增益带宽的运放,利用运放自身特性直接把1M以上信号滤除。

PS:各频点幅度测准,峰峰值和有效值是一定可以测准的,这是个数学问题

后话

G 题实际上并不难。很多队伍担心的是信号源精度是否一致性高,实际上市面上不同的信号源精度是完全足够的,对测评并不会产生太大影响。题目最大问题是没有做太多区分度,导致分数都很高,后续排名只能靠精度来进行加分,这一点其实是比较失败的。