CN103888105B - 一种宽频率连续可调的脉宽波数字产生方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法，通过对生产的脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数，然后根据该配置参数在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出，这样从大的角度上先输出脉冲波，然后利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节，经过该边沿相位的精细微调将时间细节完整的展现出来，提高了相位分辨率，使得最终输出的重组脉冲波的边沿低抖动。最终将处理的脉冲波数字信号进行数模转换，得到最终想要的高质量模拟信号。

Description

一种宽频率连续可调的脉宽波数字产生方法及系统

技术领域

本申请脉冲波处理技术领域，更具体地说，涉及一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法及系统。

背景技术

可调脉宽波是应用非常广泛的基本波形之一。现有的产生可调脉宽波的方法是利用直接数字式频率合成器，在给定的数字系统工作时钟下，周而复始地依次输出查找表中预先准备好的数据。但是，在输出频率可调给定边沿时间的脉宽波时，如果使用查找表的方式，给定的边沿时间也会随着输出频率的变化而变化。当输出的频率不是整数个系统时间时，随着输出时间的积累会导致某相邻周期包含的一个系统周期时间的误差，导致波形的边沿发送抖动，并且随着输出频率增加，边沿抖动更加明显。因此，在频率较高时，现有技术产生的波形其边沿抖动明显，造成波形失真，脉宽波质量不高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法及系统，用于解决现有手段所产生的脉宽波，在频率较高时会存在波形边沿抖动的情况，所产生的脉宽波质量低。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法，包括：

生成脉冲信号；

对所述脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数；

利用所述配置参数，在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出；

利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节；

将相位延迟调节后的边沿脉冲、输出的高电平脉冲和低电平脉冲重组为一个脉冲波数字信号；

利用数模转换器将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。

优选地，所述边沿波形模板为线性边沿模板、正弦波边沿模板或余弦波边沿模板。

优选地，所述利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节，具体为：

利用所述配置参数中包含的边沿上升时间与所述边沿波形模板给出的延迟系数，在所述小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节。

优选地，在所述将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换之前，还包括：

将所述重组后的脉冲波数字信号进行预失真处理。

优选地，所述预失真处理为：

将预先得到的所述数模转换器的传递函数进行线性变换，得到逆向传递函数；

利用所述逆向传递函数对所述脉冲波数字信号进行逆向调节。

优选地，所述数模转换器的传递函数的确定过程为：

确定输入到所述数模转换器之前的信号为δ(k)；

将δ(k)经数模转换器之后输出的信号再次转换为数字信号δ′(k)；

比较δ(k)与δ′(k)，得出数模转换器的传递函数。

一种频率连续可调的脉宽波数字产生系统，包括：

脉冲发生器，用于产生脉冲信号；

寄存器，用于存储所述脉冲信号的边沿和脉宽的配置参数；

整数相位累加器，用于为脉冲信号的输出提供时间基础；

状态机，用于利用所述配置参数，在所述整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出；

小数相位累加器，用于为边沿脉冲相位延迟调节提供时间基础；

相位延迟电路，用于利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节；

数据选择器，用于将相位延迟调节后的边沿脉冲、输出的高电平脉冲和低电平脉冲重组为一个脉冲波数字信号；

数模转换器，用于将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。

优选地，所述小数相位累加器为16位计数器。

优选地，在所述数据选择器与所述数模转换器之间还包括：

可编程逻辑控制器，用于利用数模转换器的逆向传递函数对所述脉冲波数字信号进行逆向调节，所述逆向传递函数为经传递函数线性变换后得到的。

优选地，所述边沿波形模板为线性边沿模板、正弦波边沿模板或余弦波边沿模板。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的频率连续可调的脉宽波数字产生方法，通过对生产的脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数，然后根据该配置参数在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出，这样从大的角度上先输出脉冲波，然后利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节，经过该边沿相位的精细微调将时间细节完整的展现出来，提高了相位分辨率，使得最终输出的重组脉冲波的边沿低抖动，通过提高小数相位累加器的精度，理论上来说可以无限提高相位分辨率，达到最终的零边沿抖动。最终将处理的脉冲波数字信号进行数模转换，得到最终想要的高质量模拟信号。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例公开的一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法流程图；

图2为本申请实施例公开的另一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法流程图；

图3为本申请实施例公开的一种频率连续可调的脉宽波数字产生系统结构图；

图4为本申请实施例公开的另一种频率连续可调的脉宽波数字产生系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例公开的一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法流程图。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：生成脉冲信号；

具体地，可以通过脉冲发送器来生成一个脉冲信号，以供后续使用。

步骤102：对所述脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数；

具体地，这里的配置参数包括了后续脉冲的边沿输出时间、高、低电平输出时间，以及边沿与高、低电平的输出波形等各种信息。

步骤103：利用所述配置参数，在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出；

具体地，根据配置参数的内容，在整数相位累加器的控制下，逐次输出脉冲信号的边沿、高电平和低电平。

步骤104：利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节；

具体地，我们预先设定一幅或者多幅边沿波形模板，该边沿波形模板可以是线性边沿模板、正弦波边沿模板或余弦波边沿模板等等。由小数相位累加器精确的控制边沿脉冲相位延迟大小。我们利用配置参数中包含的边沿上升时间与边沿波形模板中给出的延迟系数，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节。

步骤105：将相位延迟调节后的边沿脉冲、输出的高电平脉冲和低电平脉冲重组为一个脉冲波数字信号；

具体地，可以通过设置一个数据选择器，控制某一时间输出边沿脉冲、高电平和低电平中的一个，这样即完成了脉冲波数字信号的重组过程。

步骤106：利用数模转换器将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。

本申请实施例公开的频率连续可调的脉宽波数字产生方法，通过对生产的脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数，然后根据该配置参数在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出，这样从大的角度上先输出脉冲波，然后利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节，经过该边沿相位的精细微调将时间细节完整的展现出来，提高了相位分辨率，使得最终输出的重组脉冲波的边沿低抖动，通过提高小数相位累加器的精度，理论上来说可以无限提高相位分辨率，达到最终的零边沿抖动。最终将处理的脉冲波数字信号进行数模转换，得到最终想要的高质量模拟信号。

需要说明的是，经过发明人的实验研究，在输出高频率快沿信号时，使用余弦波的-90°～90°为边沿波形模板较好。因为，该模板信号是一个单频信号，没有高次谐波，经过模拟电路输出的信号畸变较小。而在输出为低频边沿信号时，使用线性边沿波形模板较好。

由于受12位数模转换器的精度限制，小数相位累加器最多为16计数器。当系统时钟为250MHz时，优化前的相位分辨率为Ts0=1S/250MHz=4ns，使用小数相位累加器后相位分辨率为Ts1=Ts0/2¹⁶=0.061ps。

可见，相位分辨率得到了大大的提高。

实施例二

上述实施例中在步骤106中，利用数模转换器将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。但是，在输出快沿信号时，数模转换器DAC将会出现附加过冲现象。但是，为了实现边沿的宽带可调，不可避免的需要产生时间极短的快沿信号。为了解决这个问题，我们进行了下述分析。

由于上述过冲现象时由数模转换器DAC的固有特性所确定的，因此如果能够得到DAC的系统传递函数，那么就可以建立一个与过冲逆向的反馈回路，使得在进入DAC前的输入信号发生相反的过阻尼失真，再经过DAC的过冲补偿即可得到理想输出信号。

因此，参见图2，图2为本申请实施例公开的另一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法流程图。

如图2，我们在步骤105和步骤106之间添加步骤201，步骤201：将所述重组后的脉冲波数字信号进行预失真处理。

在进行预失真处理时，我们可以采用下述方式：

首先将数模转换器的传递函数进行线性变换，得到逆向传递函数，然后利用该逆向传递函数对脉冲波数字信号进行逆向调节，使得在输入到DAC前的脉冲波数字信号发生相反的过阻尼失真。

而这里的数模转换器DAC的传递函数确定过程可以如下：

首先确定输入到数模转换器之前的信号为δ(k)，然后将δ(k)经数模转换器DAC之后输出的信号再次转换为数字信号δ′(k)，最后通过比较δ(k)与δ′(k)即可以得出数模转换器的传递函数。

通过上述方式，即可完成对DAC失真的校正过程，使得最终输出的信号不会发生过冲现象。

实施例三

参见图3，图3为本申请实施例公开的一种频率连续可调的脉宽波数字产生系统结构图。

如图3所示，该系统包括：

脉冲发生器31，用于产生脉冲信号；

寄存器32，用于存储所述脉冲信号的边沿和脉宽的配置参数；

具体地，这里的配置参数为预先设定的，其包括了后续脉冲的边沿输出时间、高、低电平输出时间，以及边沿与高、低电平的输出波形等各种信息。

整数相位累加器33，用于为脉冲信号的输出提供时间基础；

状态机34，用于利用所述配置参数，在所述整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出；

具体地，状态机根据寄存器32所提供的配置参数，在整数相位累加器的控制下，逐次输出脉冲信号的边沿、高电平和低电平。

小数相位累加器35，用于为边沿脉冲相位延迟调节提供时间基础；

相位延迟电路36，用于利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节；

其中，预设的边沿波形模板可以是线性边沿模板、正弦波边沿模板或余弦波边沿模板。

数据选择器37，用于将相位延迟调节后的边沿脉冲、输出的高电平脉冲和低电平脉冲重组为一个脉冲波数字信号；

具体地，数据选择器37可以选择在某一时间输出边沿脉冲、高电平和低电平脉冲中的任意一下，这样即可完成脉冲波数字信号的重组。

数模转换器38，用于将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。

本申请所公开的系统的具体使用方法可以参见上述有关频率连续可调的脉宽波数字产生方法的论述。本申请实施例公开的频率连续可调的脉宽波数字产生系统，通过对生产的脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数，然后根据该配置参数在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出，这样从大的角度上先输出脉冲波，然后利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节，经过该边沿相位的精细微调将时间细节完整的展现出来，提高了相位分辨率，使得最终输出的重组脉冲波的边沿低抖动，通过提高小数相位累加器的精度，理论上来说可以无限提高相位分辨率，达到最终的零边沿抖动。最终将处理的脉冲波数字信号进行数模转换，得到最终想要的高质量模拟信号。

其中，小数相位累加器精度可以自行设置，但是由于受12位数模转换器的精度限制，小数相位累加器最多为16计数器。

实施例四

参见图4，图4为本申请实施例公开的另一种频率连续可调的脉宽波数字产生系统结构图。

在实施例三的基础上，本实施例进一步增加了可编程逻辑控制器41，其设置在数据选择器37与所述数模转换器38之间，用于利用数模转换器38的逆向传递函数对所述脉冲波数字信号进行逆向调节，所述逆向传递函数为经传递函数线性变换后得到的。

这样，使得输入到数模转换器38的信号提前发生逆向过阻尼失真，经过数模转换器38后得到了理想的信号。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种频率连续可调的脉宽波数字产生方法，其特征在于，包括：

生成脉冲信号；

对所述脉冲信号进行边沿和脉宽参数配置，得到配置参数；

利用所述配置参数，在整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出；

利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节；

将相位延迟调节后的边沿脉冲、输出的高电平脉冲和低电平脉冲重组为一个脉冲波数字信号；

利用数模转换器将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边沿波形模板为线性边沿模板、正弦波边沿模板或余弦波边沿模板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节，具体为：

利用所述配置参数中包含的边沿上升时间与所述边沿波形模板给出的延迟系数，在所述小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换之前，还包括：

将所述重组后的脉冲波数字信号进行预失真处理。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预失真处理为：

将预先得到的所述数模转换器的传递函数进行线性变换，得到逆向传递函数；

利用所述逆向传递函数对所述脉冲波数字信号进行逆向调节。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数模转换器的传递函数的确定过程为：

确定输入到所述数模转换器之前的信号为δ(k)；

将δ(k)经数模转换器之后输出的信号再次转换为数字信号δ′(k)；

比较δ(k)与δ′(k)，得出数模转换器的传递函数。

7.一种频率连续可调的脉宽波数字产生系统，其特征在于，包括：

脉冲发生器，用于产生脉冲信号；

寄存器，用于存储所述脉冲信号的边沿和脉宽的配置参数；

整数相位累加器，用于为脉冲信号的输出提供时间基础；

状态机，用于利用所述配置参数，在所述整数相位累加器的控制下，控制脉冲信号的边沿、高电平和低电平的输出；

小数相位累加器，用于为边沿脉冲相位延迟调节提供时间基础；

相位延迟电路，用于利用预设的边沿波形模板，在小数相位累加器的控制下，对输出的边沿脉冲进行相位延迟调节；

数据选择器，用于将相位延迟调节后的边沿脉冲、输出的高电平脉冲和低电平脉冲重组为一个脉冲波数字信号；

数模转换器，用于将重组后的脉冲波数字信号进行数模转换，得到模拟信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述小数相位累加器为16位计数器。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述数据选择器与所述数模转换器之间还包括：

可编程逻辑控制器，用于利用数模转换器的逆向传递函数对所述脉冲波数字信号进行逆向调节，所述逆向传递函数为经所述数模转换器的传递函数线性变换后得到的。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述边沿波形模板为线性边沿模板、正弦波边沿模板或余弦波边沿模板。