CN103633967A - 一种数字任意波形发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字任意波形发生器，包括安装在普通的PC机上的用户控制界面、MCU控制电路、波形发生和存储模块、至少一个模拟放大和滤波模块以及为整个波形发生器供电的电源模块，还包括外调制信号调理模块，外调制信号经调理模块产生数字信号，波形发生和存储模块产生数字任意波形和调制波形，并通过模拟放大和滤波模块还原成模拟波形；MCU控制电路控制波形发生和触发，并通过LCD显示模块、按键旋钮实现人机交互。本发明实现了高速实时硬件波形发生和调制，并实现了更友好的人机界面，提供了更丰富的功能，同时也获得了更高的可靠性和良好的波形参数。

Description

一种数字任意波形发生器
 
技术领域
本发明涉及信号发生器领域，具体涉及一种数字任意波形发生器。
 
背景技术
波形发生器是一种电子测量仪器，用于产生电路试验所需的电压电流波形，在调试、分析、判断电路故障的场合都会使用到波形发生器。任意波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性性、可重复性和易操作性的电子仪器。
现有的模拟及数字波形发生器一般只能产生有限的波形，并不能产生任意波形，不能满足实际需要。即使能产生任意波形的数字波形发生器也需要事先计算好，并且存储在有限的存储区中，存储深度有限，无法实现实时硬件波形发生和实时硬件波形调制。
 
发明内容
 本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种数字任意波形发生器，实现实时硬件波形发生和实时硬件波形调制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种数字任意波形发生器，包括用户控制界面、MCU控制电路、波形发生和存储模块、至少一个模拟放大和滤波模块以及为整个波形发生器供电的电源模块，所述用户控制界面安装在普通的PC机上，所述PC机与MCU控制电路相连，所述MCU控制电路与所述波形发生和存储模块相连，所述模拟放大和滤波模块的输入端与所述MCU控制电路相连，其特征在于：所述波形发生和存储模块包括依次相连的FPGA实时波形发生电路、DDR2存储器和LVDS电平接口DAC电路。
进一步的，所述数字任意波形发生器还包括外调制信号调理模块，所述外调制信号调理模块的输出端与所述波形发生和存储模块相连；所述DDR2存储器和LVDS电平接口DAC电路之间还连接有实时硬件波形调制电路。
进一步的，所述MCU控制电路与波形发生和存储模块通过光电隔离器相连。
进一步的，所述FPGA实时波形发生电路采用超过48bit的相位计数器。
进一步的，所述FPGA采用Cordic算法产生正弦波、三角波，并可以产生无限长度的高斯白噪声。
进一步的，所述外调制信号调理模块包括依次相连的模拟信号调理电路、自动量程采集电路和ADC采集模块。
进一步的，所述模拟信号调制电路采用双极输入。
进一步的，所述电源模块包括依次电连接的半桥逆变开关电源，纹波一直电路，EMI滤波，开关电源变压器，多路电压输出，共模/差模滤波。
进一步的，所述MCU控制电路采用ARM9处理器，并采用Linux操作系统。
进一步的，所述MCU控制电路还包括USB主机接口和/或以太网接口和/或与LCD显示模块相连。
本发明与传统波形发生器相比，通过改进上述电路，实现了高速
的实时硬件波形发生和调制，并实现了更友好的人机界面，提供了更丰富的功能，同时也获得了更高的可靠性和良好的波形参数。
 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细阐述：
图1为本发明实施例1中示波器的电路结构示意图；
图2为本发明实施例2中示波器的电路结构示意图。
 
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
如图1所示，一种数字任意波形发生器，包括用户控制界面、MCU控制电路、波形发生和存储模块、两个模拟放大和滤波模块以及为整个波形发生器供电的电源模块，用户控制界面安装在普通的PC机上，PC机与MCU控制电路通过USB接口进行串行通信；MCU控制电路与波形发生和存储模块通过光电隔离器相连，模拟放大和滤波模块的输入端与MCU控制电路相连。
波形发生和存储模块包括依次相连的FPGA实时波形发生电路、DDR2存储器和LVDS电平接口DAC电路，采用大容量的DDR2作为主存储器，可以存储4Gbit深度的任意波形，通过计算和设置将大量波形模板预制在存储器中，在需要时可以迅速供用户调用，并且采用了超过48bit 的相位计数器，来进行实时波形发生，利用Cordic算法来产生正弦波，三角波，并可以产生无限长度的高斯白噪声。
电源模块包括依次电连接的半桥逆变开关电源，纹波一直电路，EMI滤波，开关电源变压器，多路电压输出，共模/差模滤波。
MCU控制和显示电路采用了高速的ARM9处理器，并使用Linux操作系统提高了人机交互的友好性，并利用LCD彩色液晶作为显示，提高了交互的信息量和速度，并且充分利用了周边外设的现有设备，包括USB设备和网络设备，实现了高速的计算和控制。同时，MCU控制和显示电路与波形存储和发生模块通过光电隔离器双向电连接，能使设备模拟地于大地实现悬浮，进而可以实现多信号源组合使用。
实施例2：
如图2所示，一种数字任意波形发生器，包括外调制信号调理模块、用户控制界面、MCU控制电路、波形发生和存储模块、两个模拟放大和滤波模块以及为整个波形发生器供电的电源模块，所述用户控制界面安装在普通的PC机上，所述PC机与MCU控制电路通过USB串行接口进行通信，所述MCU控制电路与所述波形发生和存储模块相连，所述模拟放大和滤波模块的输入端与所述MCU控制电路相连。
外调制信号调理模块包括依次相连的模拟信号调理电路、自动量程采集电路和ADC采集模块。调制使用双极宽范围输入，并通过自动量程控制，将输入模拟信号变化到ADC采集的范围内。
波形发生和存储模块包括FPGA实时波形发生电路、DDR2存储器、实时硬件波形调制模块和LVDS电平接口高速DAC电路。采用大容量的DDR2作为主存储器，可以存储4Gbit深度的任意波形，通过计算和设置将大量波形模板预制在存储器中，在需要时可以迅速供用户调用，并且采用了超过48bit 的相位计数器，来进行实时波形发生，利用Cordic算法来产生正弦波，三角波，并可以产生无限长度的高斯白噪声。
电源模块包括依次电连接的半桥逆变开关电源，纹波一直电路，EMI滤波，开关电源变压器，多路电压输出，共模/差模滤波。
MCU控制和显示电路采用了高速的ARM9处理器，并使用Linux操作系统提高了人机交互的友好性，并利用LCD彩色液晶作为显示，提高了交互的信息量和速度，并且充分利用了周边外设的现有设备，包括USB设备和网络设备，实现了高速的计算和控制。同时，MCU控制和显示电路与波形存储和发生模块通过光电隔离器双向电连接，能使设备模拟地于大地实现悬浮，进而可以实现多信号源组合使用。

Claims (10)

1.一种数字任意波形发生器，包括用户控制界面、MCU控制电路、波形发生和存储模块、至少一个模拟放大和滤波模块以及为整个波形发生器供电的电源模块，所述用户控制界面安装在普通的PC机上，所述PC机与MCU控制电路相连，所述MCU控制电路与所述波形发生和存储模块相连，所述模拟放大和滤波模块的输入端与所述MCU控制电路相连，其特征在于：所述波形发生和存储模块包括依次相连的FPGA实时波形发生电路、DDR2存储器和LVDS电平接口DAC电路。
2.根据权利要求1所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述数字任意波形发生器还包括外调制信号调理模块，所述外调制信号调理模块的输出端与所述波形发生和存储模块相连；所述DDR2存储器和LVDS电平接口DAC电路之间还连接有实时硬件波形调制电路。
3.根据权利要求1或2所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述MCU控制电路与波形发生和存储模块通过光电隔离器相连。
4.根据权利要求3所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述FPGA实时波形发生电路采用超过48bit的相位计数器。
5.根据权利要求4所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述FPGA采用Cordic算法产生正弦波、三角波，并可以产生无限长度的高斯白噪声。
6.根据权利要求1或2所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述外调制信号调理模块包括依次相连的模拟信号调理电路、自动量程采集电路和ADC采集模块。
7.根据权利要求6所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述模拟信号调制电路采用双极输入。
8.根据权利要求1或2所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述电源模块包括依次电连接的半桥逆变开关电源，纹波一直电路，EMI滤波，开关电源变压器，多路电压输出，共模/差模滤波。
9.根据权利要求1或2所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述MCU控制电路采用ARM9处理器，并采用Linux操作系统。
10.根据权利要求9所述的数字任意波形发生器，其特征在于：所述MCU控制电路还包括按键旋钮和/或以太网接口和/或与LCD显示模块相连。
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