基于數字頻率合成技術(shù)的高速任意波形發(fā)生器的

任意波形發(fā)生器是目前電子測量?jì)x器中發(fā)展最為快速的產(chǎn)品之一。它既可輸出標準函數信號，也可以產(chǎn)生由用戶(hù)定義的非標準函數波形(任意波形)信號，并且有豐富的模擬調制(AM，FM，PM)和數字調制(FSK，PSK)功能，能為不同的應用領(lǐng)域提供各種標準或非標準信號，尤其在水下聲納、通信、雷達導航、電子對抗等裝備的研制、生產(chǎn)、維修中，是必不可少的信號發(fā)生器?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/數字">數字頻率合成技術(shù)，給出高速任意波形發(fā)生器的設計方案。

　　1 高速任意波形發(fā)生器的硬件設計

　　1.1 任意波形發(fā)生器的工作原理

　　目前任意波形發(fā)生器的產(chǎn)生有兩種方案，一種方案是采用直接數字頻率合成(DDS)技術(shù)產(chǎn)生任意波形，工作原理如圖1所示。

　　一個(gè)標準的DDS電路應當由以下幾部分構成，既相位累加器、波形存儲器、D/A轉換器、低通或帶通濾波器構成。任意波形數據預先通過(guò)人機接口寫(xiě)入波形存儲器中，相位累加器的作用是根據輸入的頻率控制字對參考振蕩器輸出的時(shí)鐘相位進(jìn)行采樣。當相位累加器的步長(cháng)為K時(shí)。任意波形的輸出頻率

　　式中，Fs為固定采樣時(shí)鐘頻率，n為相位累加器長(cháng)度，改變頻率控制字K，就可以改變DDS的輸出頻率。

　　采用DDS技術(shù)構成的任意波形發(fā)生器具有輸出頻率分辨率高、頻率改變相位連續等優(yōu)點(diǎn)，但也存在兩個(gè)重要缺陷。首先是當相位累加器的相位增量步長(cháng)較大時(shí)，輸出波形將產(chǎn)生抖動(dòng);其次由于DDS技術(shù)不是逐點(diǎn)讀取波形存儲器中的數據，因此輸出波形會(huì )丟失許多有用的信息。

　　任意波形發(fā)生器的另外一種設計方案如圖2所示，其工作原理是任意波形發(fā)生器的時(shí)鐘通過(guò)使計數器加1來(lái)改變由計數器構成的地址產(chǎn)生電路的輸出地址，計數器順序掃過(guò)波形存儲器中的每一個(gè)地址直到波形數據的末端，每個(gè)地址中的波形數據都被送至D/A轉換器中以將數字信號轉為模擬信號，而后D/A轉換器的輸出信號還需經(jīng)過(guò)低通濾波器對D/A轉換器輸出信號的躍變邊緣進(jìn)行平滑處理得到所需的任意波形。在這種方案中，所有波形數據都被送入D/A轉換器中，所以不會(huì )丟失波形數據，但要全部輸出波形存儲器中定義的波形數據內容，并且任意波形的輸出信號頻率可變，那么取樣時(shí)鐘的頻率就必需是可變的，這點(diǎn)與由DDS構成的任意波形發(fā)生器有著(zhù)明顯的區別。采用該方案任意波形的輸出頻率

　　式中，Fs為可變采樣時(shí)鐘頻率。

　　使用該方案電路結構簡(jiǎn)單，能夠輸出復雜的任意波形，對于高速任意波形發(fā)生器最為適合?；谠摲桨傅娜我獠ㄐ伟l(fā)生器采樣速率可達200百萬(wàn)次/秒，任意波形的最高輸出頻率可以達到50 MHz。高速任意波形發(fā)生器波形總體電路的方框圖如圖3所示。

　　1.2 任意波形產(chǎn)生電路的設計

　　如圖4所示，一個(gè)完整的任意波形產(chǎn)生電路主要由時(shí)鐘發(fā)生電路、地址計數器、波形存儲器、鎖存器、奇偶數據選擇電路以及D/A轉換器構成。