智能高頻任意波形發(fā)生器的研究
2013-03-04
數(shù)字波形合成器的設計在結(jié)構(gòu)上大致分三類方法。
方法一：直接數(shù)字查表法合成周期信號，結(jié)構(gòu)見圖1。波形數(shù)據(jù)固化在EPROM或其它非易失性存儲器中，通過查表電路，再晶振時鐘控制下不斷地從EPROM中取出數(shù)據(jù)，通過DAC和低通濾波器(LPF)輸出。此結(jié)構(gòu)的特點是能產(chǎn)生較高頻率的信號，但不便程控且產(chǎn)生信號類型有限。
方法二：利用單片機查表法合成周期信號，波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，單片機不斷地從存儲器中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)并行口送出，在經(jīng)DAC和LPF輸出。特點是便于程控，但不能產(chǎn)生較高頻率的信號。
方法三：利用單片機生成數(shù)據(jù)與查表相結(jié)合的方法合成周期信號，
基本波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，輸出某種波形時，首先根據(jù)基本波形或公式算出波形數(shù)據(jù)送入RAM，然后由查表電路不斷地、周而復始地從RAM中取出數(shù)據(jù)，通過DAC和LPF輸出。特點是既便于程控，又能產(chǎn)生較高頻率的信號，但結(jié)構(gòu)復雜。
本文所介紹的方案是根據(jù)用戶提出的主要性能技術(shù)指標和要求而設計的，是對方法三的一種改進、完善。本方案采用數(shù)字信號處理芯片DSP做主處理器，把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分離，從而可大大提高產(chǎn)生信號的頻率；并且本系統(tǒng)增設了高速數(shù)據(jù)采集模塊和液晶顯示器LCD，能實時顯示輸出波形及其主要參數(shù)。
1 硬件框圖及工作原理
本系統(tǒng)由三部分組成：任意周期信號產(chǎn)生模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、處理系統(tǒng)及顯示部分。
1.1 任意周期信號產(chǎn)生模塊
該模塊由高頻晶振、頻率合成器、高速RAM、高速D/A轉(zhuǎn)換器、程控模擬信號放大器和濾波器組成，其主要任務是完成波形合成。存儲器的讀、寫信號分別由高頻晶振輸出fo和DSP的寫信號控制，信號切換由控制器ispLSI完成。其特點：(1)采用高頻晶振控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，克服了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換受CPU工作速度的限制。(2)采用高速RAM和高速D/A轉(zhuǎn)換器AD9720，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度達400Msps，完全可以擬合20MHz信號。(3)頻率合成器主要由高速、高密度器件ispLSI2032設計完成，利用多位分頻器細化頻率設置，采用循環(huán)周期計數(shù)，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的合成波頻率，在0～20MHz范圍內(nèi)頻率誤差＜0.1%，并克服了非周期采樣而產(chǎn)生的高次諧波，頻率設置可以程控。(4)程控高速寬帶運放可實現(xiàn)輸出信號的調(diào)整(放大、偏置)。
來源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
方法一：直接數(shù)字查表法合成周期信號，結(jié)構(gòu)見圖1。波形數(shù)據(jù)固化在EPROM或其它非易失性存儲器中，通過查表電路，再晶振時鐘控制下不斷地從EPROM中取出數(shù)據(jù)，通過DAC和低通濾波器(LPF)輸出。此結(jié)構(gòu)的特點是能產(chǎn)生較高頻率的信號，但不便程控且產(chǎn)生信號類型有限。
方法二：利用單片機查表法合成周期信號，波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，單片機不斷地從存儲器中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)并行口送出，在經(jīng)DAC和LPF輸出。特點是便于程控，但不能產(chǎn)生較高頻率的信號。
方法三：利用單片機生成數(shù)據(jù)與查表相結(jié)合的方法合成周期信號，
基本波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，輸出某種波形時，首先根據(jù)基本波形或公式算出波形數(shù)據(jù)送入RAM，然后由查表電路不斷地、周而復始地從RAM中取出數(shù)據(jù)，通過DAC和LPF輸出。特點是既便于程控，又能產(chǎn)生較高頻率的信號，但結(jié)構(gòu)復雜。
本文所介紹的方案是根據(jù)用戶提出的主要性能技術(shù)指標和要求而設計的，是對方法三的一種改進、完善。本方案采用數(shù)字信號處理芯片DSP做主處理器，把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分離，從而可大大提高產(chǎn)生信號的頻率；并且本系統(tǒng)增設了高速數(shù)據(jù)采集模塊和液晶顯示器LCD，能實時顯示輸出波形及其主要參數(shù)。
1 硬件框圖及工作原理
本系統(tǒng)由三部分組成：任意周期信號產(chǎn)生模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、處理系統(tǒng)及顯示部分。
1.1 任意周期信號產(chǎn)生模塊
該模塊由高頻晶振、頻率合成器、高速RAM、高速D/A轉(zhuǎn)換器、程控模擬信號放大器和濾波器組成，其主要任務是完成波形合成。存儲器的讀、寫信號分別由高頻晶振輸出fo和DSP的寫信號控制，信號切換由控制器ispLSI完成。其特點：(1)采用高頻晶振控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，克服了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換受CPU工作速度的限制。(2)采用高速RAM和高速D/A轉(zhuǎn)換器AD9720，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度達400Msps，完全可以擬合20MHz信號。(3)頻率合成器主要由高速、高密度器件ispLSI2032設計完成，利用多位分頻器細化頻率設置，采用循環(huán)周期計數(shù)，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的合成波頻率，在0～20MHz范圍內(nèi)頻率誤差＜0.1%，并克服了非周期采樣而產(chǎn)生的高次諧波，頻率設置可以程控。(4)程控高速寬帶運放可實現(xiàn)輸出信號的調(diào)整(放大、偏置)。
來源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
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