Analizador de espectro de audio con Linduino

Existen varios métodos para implementar un analizador de espectro. He estado trabajando con productos SAR ADC durante algún tiempo y usando la transformada rápida de Fourier (FFT) para el análisis espectral a diario. Otro método común para implementar un analizador de espectro se denomina receptor sintonizado por barrido. Este método implica mezclar la señal de entrada con un oscilador local, pasar la salida a través de un filtro de frecuencia intermedia y, finalmente, un detector. El oscilador local se barre de manera que la salida del detector barre las bandas de interés. Este blog, por otro lado, implementa un analizador de espectro utilizando diferentes técnicas analógicas. Para probar el concepto, utilicé hardware fácilmente disponible. Esto también muestra varios bloques de construcción muy útiles que se pueden incorporar en los diseños de los clientes.

La técnica que utilicé involucra el filtro programable LTC1068, configurado como un paso de banda, siendo barrido a través de las frecuencias de interés. Un convertidor LTC1967 RMS a CC convierte la salida filtrada en CC y, finalmente, un LTC2484 Delta Sigma ADC mide el voltaje. La figura 1 muestra el diagrama de bloques del analizador. A diferencia del analizador de receptor sintonizado por barrido, la frecuencia central del filtro se barre a lo largo del espectro.

Después de una rápida visita al departamento de muestras, se soldaron algunas placas de demostración a un revestimiento de cobre en el típico estilo LT (Figura 2).

Unas pocas líneas de código y una unión de soldadura fija más tarde, una onda sinusoidal estaba lista para ser alimentada al sistema. La figura 3 muestra una onda sinusoidal de 1 kHz y la salida del Linduino. El gráfico se muestra de lado ya que una interfaz de texto fue una solución rápida y sencilla (KISS). El analizador se ajustó a pasos de 500 Hz y el filtro se barrió de 500 Hz a 20 kHz.

Después de tener una pequeña celebración en la privacidad de mi cubo, quería ver una imagen más interesante. Pensé en mi clase de Señales y Sistemas de la universidad y traté de recordar las conferencias de Fourier. Una onda cuadrada con exactamente un ciclo de trabajo del 50 % debería tener solo armónicos impares. Después de rastrear un generador adecuado, estaba armado y era peligroso. La Figura 4 muestra la prueba de onda cuadrada exitosa. El esparcimiento alrededor de los picos no es causado por el generador. Es la forma de la banda de paso del filtro a medida que se desliza por el espectro. Esto es análogo al ancho de banda de resolución de un analizador de espectro sintonizado por barrido. La Figura 5 ilustra la dispersión y la Figura 6 muestra este efecto en un analizador de espectro Agilent 89410A.

Un aspecto de este diseño es que el LTC1068 tiene un factor Q constante, en lugar de un ancho de banda constante. Cuando la frecuencia aumenta, el ancho de banda aumenta proporcionalmente. El ancho de banda parece constante cuando se representa en un eje logarítmico.

A continuación, obtengamos una imagen precisa de la forma del filtro. Para hacer esto, se aplicó una onda sinusoidal de 10 kHz a la entrada y se configuraron pequeños pasos. La figura 7 muestra la forma del filtro medida por hardware y la forma del filtro simulado por LTspice. Ambos usaron el mismo método para trazar la forma. En el caso de LTspice, el comando .measure se usó para almacenar los valores de salida RMS en el archivo .log a medida que se barría la frecuencia del reloj.

Después de un poco más de diversión, se produjeron más tramas. La figura 8 muestra más entradas. La onda cuadrada con un ciclo de trabajo que no es del 50 % tiene armónicos pares e impares y una onda triangular. Por último, observe cómo los armónicos caen mucho antes para la onda triangular que para la onda cuadrada.

El código de Linduino para este proyecto está disponible en la carpeta aportada por el usuario en las bibliotecas de Linduino en http://www.analog.com/en/design-center/evaluacion-hardware-y-software/linduino.