方案2:扫频测试法。当系统在正弦信号的激励下,稳态时,响应信号与输入激励信号频率相同,其幅值比即为该频率的幅频响应值,而两者的相位差即为相频特性值。采用频率逐点步进的测试方法。无需对信号进行时域与频域的变换计算,通过对模拟量的测量与计算完成,且精度较高。

综上所述,选择方案2。

2.2 扫描信号产生方案

方案1:采用单片函数发生器。其频率可由外围电路控制。产生的信号频率稳定度低,抗干扰能力差,灵活性差。

方案2:采用数字锁相环频率合成技术。但锁相环本身是一个惰性环节,频率转换时间长,整个测试仪的反应速度就会很慢,而且带宽不高。

方案3:采用数字直接频率合成技术(DDFS)。以单片机和FPGA为控制核心,通过相位累加器的输出寻址波形存储器中的数据,以产生固定频率的正弦信号。该方案实现简单,频率稳定,抗干扰能力强。

综上分析,采用方案3。

2.3 幅度检测方案

方案1:采用二极管峰值检测电路。但是二极管的导通压降会带来较大误差,小信号测量精度不高,而且模拟电路易受到外部的影响,稳定性不高。

方案2:采用真有效值检测器件。该方法电路简单,精度高,稳定性高。

综上所述,采用方案2。

2.4 相位检测方案

方案1:相位电压转换法。采用低通滤波法和积分法。低通滤波法的滤波环节和精度不高;积分法精度较高,但是对积分电路和放电回路的要求很高。

方案2:计数法。两路信号经整形异或后,所得的脉冲占空比能反映相位差的大小,由此测得其相位差。采用多周期同步计数法,可使量化误差大大减小,精度很高。

综上所述,选取方案2。

3 系统总体设计