基于數字頻率合成技術(shù)的高速任意波形發(fā)生器的

　　率增大了1倍，相當于采樣時(shí)鐘的頻率提高了1倍，大大提高儀器性能。12位奇偶數據選擇電路邏輯上等同于3片74F157。奇偶數據選擇電路的輸出端與D/A轉換器的輸入端相連，D/A轉換器的作用是將從波形存儲器中讀取的數字信號轉換為模擬信號，由于最高時(shí)鐘頻率為100 MHz，所以D/A轉換器選擇速率為125百萬(wàn)次/秒的AD975。根據采樣定律輸出信號的基波頻率將低于所用的參考時(shí)鐘頻率的一半，在本方案中采樣時(shí)鐘最高頻率為100 MHz，一個(gè)任意波形最少可由4個(gè)點(diǎn)構成，并且每個(gè)時(shí)鐘周期讀取兩個(gè)波形數據，因此所輸出的任意波形信號的最高頻率為50 MHz。上述電路中，15位同步二進(jìn)制地址計數器、24位鎖存器、12位奇偶數據選擇電路及相關(guān)控制電路也可由高速CPLD實(shí)現。

　　1.3 濾波器設計

　　經(jīng)過(guò)D/A轉換后的信號通常含有較多的時(shí)鐘成分及較為陡峭的躍變邊緣，為了減少輸出波形的抖動(dòng)、抑制高次諧波，在任意波形發(fā)生器的設計中選擇有效的濾波器就顯得非常重要，高速任意波形發(fā)生器即能輸出正弦波，又可輸出三角波、鋸齒波、脈沖波以及任意波型，因此要根據不同頻段和波形來(lái)選擇不同性能的濾波器，橢圓(Elliptic)濾波器具有陡峭的過(guò)渡特性，適合用作正弦波的輸出濾波器，三角波、鋸齒波和任意波具有豐富的頻譜，因此要求濾波器在通帶范圍內具有良好的幅頻特性，以保證信號通過(guò)濾波器后即不產(chǎn)生失真，又能濾去雜散信號。橢圓濾波器對正弦波以外的其他波形會(huì )產(chǎn)生劇烈的振鈴，而具有線(xiàn)形相位的高斯(Gaussian)濾波器可以滿(mǎn)足這些要求，在本方案中由于任意波形發(fā)生器的采樣時(shí)鐘可變，因此它的低通濾波器的截止頻率也必須變化，否則在有些頻段就不起濾波作用，或者是在高頻段有用信號會(huì )被衰減，為此本設計方案中采用截止頻率為25 MHz、50 MHz的七階橢圓濾波器以及截止頻率為20 MHz高斯濾波器，由單片機根據不同情況編程選擇。圖5給出了截止頻率為50 MHz的七階橢圓濾波器以及截止頻率為20 MHz高斯濾波器的電路。

　　1.4 GPIB接口設計

　　盡管目前在智能儀器中有許多新的接口標準，比如USB、LAN等，但是GPIB(General Purpose Interface Bus)接口仍然是業(yè)界公認的智能儀器標準接口，在本方案中采用GPIB接口由PC機向任意波形發(fā)生器下載數據，并可通過(guò)GPIB總線(xiàn)遠程控制任意波形發(fā)生器，GPIB接口電路由采用NI公司的NAT7210 GPIB專(zhuān)用集成電路和TI公司生產(chǎn)的GPIB總線(xiàn)驅動(dòng)器SN75160以及SN75162構成，NAT7210輸出的是標準的GPIB格式數據，符合IEEE488.2標準，GPIB總線(xiàn)驅動(dòng)器的作用是增強接口的驅動(dòng)能力。NAT7210與SN75160、SN75161以及單片機之間的連接方法參見(jiàn)文獻。

　　2 高速任意波形發(fā)生器的軟件設計

　　高速任意波形發(fā)生器的軟件包括PC機部分的波形編輯及下載軟件以及儀器內部的單片機控制軟件兩部分，波形編輯及下載軟件具備各種任意波形編輯能力，例如直線(xiàn)編輯方式、曲線(xiàn)編輯方式、公式編輯方式、調制波形編輯方式。波形編輯及下載軟件能夠通過(guò)GPIB接口與任意波形發(fā)生器通信完成任意波形數據的下載及儀器的遠程監控。儀器內部的單片機控制軟件結構采用經(jīng)典的主程序循環(huán)和中斷服務(wù)模式，其流程圖如圖6所示。儀器加電后，首先進(jìn)行自檢和軟、硬件的初始化，再進(jìn)入主程序的循環(huán)，主程序的循環(huán)是等待中斷處理的過(guò)程，它依據中斷請求判斷中斷源，開(kāi)中斷并轉向相應的中斷處理子程序，完成對應操作或硬件控制。

　　3 結束語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)對完成的任意波形發(fā)生器樣機進(jìn)行測試，采用該方案的任意波形發(fā)生器能夠輸出低至10 MHz、高達50 MHz的任意波形，輸出波形穩定，無(wú)波形數據丟失現象，通過(guò)PC機上的波形編輯軟件，能夠產(chǎn)生種類(lèi)豐富的任意波形，可廣泛應用在國防、科研、教育及工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。