CN104133409B - 一种对称性可调的三角波合成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称性可调的三角波合成装置，控制模块根据设置的对称性参数m、三角波频率f_triangle和三角波幅度H计算得到参数N、参考时钟频率f_CLK、延时τ、步长step1和step2，时钟信号产生模块产生参考时钟，脉冲前后沿触发信号产生模块根据参数N和延时τ生成脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号，脉冲信号合成模块根据脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号生成脉冲信号，三角波对称性控制模块在脉冲信号前沿到来时进行初值为0、步长为step1的累加，在脉冲信号后沿到来时进行初值为H、步长为step2的累减，三角波数字信号处理模块对三角波对称性控制模块输出的数字信号进行处理得到三角波信号。本发明在实现三角波频率调节的同时，实现对三角波对称性的快速、精确的控制。

Description

一种对称性可调的三角波合成装置

技术领域

本发明属于信号合成技术领域，更为具体地讲，涉及一种对称性可调的三角波合成装置。

背景技术

三角波信号是电子领域常见的信号，常被用于测试、通信、雷达等领域。例如，具有低截获特性的线性调频连续波雷达需要用到高精度三角波信号。

频率和对称性是三角波信号的两个重要指标。随着电子技术的发展，在应用中除了需要提高三角波信号的频率外，还要求三角波信号的对称性精确可调。传统方法通过模拟积分电路产生的三角波，很难实现三角波对称性的精确调整；采用DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)技术产生的三角波，虽然具有变频速度快、频率分辨率高等优点，但根据DDS原理，若要实现其对称性的精确可调，需要通过改变波形存储器中所存储的波形，这种方法的调节速度慢，不适用于需要对三角波对称性进行快速精确调节的领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对称性可调的三角波合成装置，在实现三角波频率调节的同时，实现对三角波对称性的快速、精确的控制。

为实现上述发明目的，本发明对称性可调的三角波合成装置，包括控制模块、时钟信号产生模块、脉冲前后沿触发信号产生模块、脉冲信号合成模块、三角波对称性控制模块和三角波数字信号处理模块，其中：

控制模块，用于根据设置的对称性参数m、三角波频率f_triangle和三角波幅度H产生控制信号输出至其他模块，其中对称性参数m表示三角波上升沿持续时间占三角波周期的百分比，控制模块向时钟信号产生模块输出包含参考时钟频率f_CLK的参考时钟控制信号，向脉冲前后沿触发信号产生模块输出包含参数N和延时τ的触发控制信号，向三角波对称性控制模块输出包含步长step1和step2的三角波对称性控制信号，各参数的计算方法为：

根据对称性参数m计算上升沿参考时钟个数K1和下降沿参考时钟个数K2，计算公式为：

$\frac{m}{1-m}=\frac{K1}{K2}$

其中，K1和K2均为整数；

参数N＝K1+K2，参考时钟频率f_CLK＝f_triangle×N，延时τ＝(1/f_triangle)×m，步长step1＝H/K1，步长step2＝H/K2；

时钟信号产生模块，根据从控制模块接收的参考时钟控制信号，生成频率为f_CLK的参考时钟，发送给脉冲前后沿触发信号产生模块、三角波对称性控制模块和三角波数字信号处理模块；

脉冲前后沿触发信号产生模块，包括触发信号产生电路和延时电路，触发信号产生电路根据参数N对从时钟信号产生模块接收的参考时钟计数，产生与三角波频率f_triangle相同频率的触发信号，触发信号分为两路，一路作为脉冲前沿触发信号输出至脉冲信号合成模块，一路经延时电路进行延时为τ的延时处理后作为脉冲后沿触发信号输出至脉冲信号合成模块；

脉冲信号合成模块，根据接收到的脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号，生成脉冲信号，输出至三角波对称性控制模块；

三角波对称性控制模块，包含三角波上升沿产生电路、三角波下降沿产生电路和切换电路，其中三角波上升沿产生电路在脉冲信号前沿到来后，每当参考时钟信号到来时，进行一次累加操作，累加初值为0，步长为step1，切换电路选择三角波上升沿产生电路的数字信号输出至三角波数字信号处理模块；三角波下降沿产生电路在脉冲信号后沿到来后，每当参考时钟信号到来时，进行一次累减操作，累减初值为H，步长为step2，切换电路选择三角波下降沿产生电路的数字信号输出至三角波数字信号处理模块；

三角波数字信号处理模块，包括数模转换电路和滤波电路，数模转换电路接收三角波对称性控制模块输出的数字信号转换为模拟阶梯形三角波信号，滤波电路对模拟阶梯形三角波信号进行平滑滤波，得到三角波信号。

本发明对称性可调的三角波合成装置，包括控制模块、时钟信号产生模块、脉冲前后沿触发信号产生模块、脉冲信号合成模块、三角波对称性控制模块和三角波数字信号处理模块，控制模块根据设置的对称性参数m、三角波频率f_triangle和三角波幅度H计算得到参数N、参考时钟频率f_CLK、延时τ、步长step1和step2，时钟信号产生模块产生参考时钟，脉冲前后沿触发信号产生模块根据参数N和延时τ生成脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号，脉冲信号合成模块根据脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号生成脉冲信号，三角波对称性控制模块在脉冲信号前沿到来时进行初值为0、步长为step1的累加，在脉冲信号后沿到来时进行初值为H、步长为step2的累减，得到三角波的数字信号，三角波数字信号处理模块对三角波对称性控制模块输出的数字信号进行数模转换和平滑滤波，得到三角波信号。

本发明具有以下有益效果：

(1)根据公式f_CLK＝f_triangle×N，可以改变参数N或参考时钟频率f_CLK，从而调整三角波频率f_triangle；

(2)设置相应的对称性参数m，计算得到参数N，调整参考时钟频率f_CLK和延时τ，即可快速实现调整三角波对称性的精确调整。

附图说明

图1是本发明对称性可调的三角波合成装置的结构示意图；

图2是采用本发明进行三角波合成的时序示例图；

图3是本发明对称性可调的三角波合成装置的一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明对称性可调的三角波合成装置的结构示意图。如图1所示，本发明对称性可调的三角波合成装置包括控制模块1、时钟信号产生模块2、脉冲前后沿触发信号产生模块3、脉冲信号合成模块4、三角波对称性控制模块5和三角波数字信号处理模块6。下面具体对各模块进行具体介绍。

控制模块1，是本发明的关键模块，产生相应的控制信号来控制时钟信号产生模块2、脉冲前后沿触发信号产生模块3以及三角波对称性控制模块5协同工作，合成指标满足要求的三角波信号。控制模块1根据设置的对称性参数m、三角波频率f_triangle和三角波幅度H，产生控制信号输出至其他模块，其中对称性参数m表示三角波上升沿持续时间占三角波周期的百分比，控制模块向时钟信号产生模块输出包含参考时钟频率f_CLK的参考时钟控制信号，向脉冲前后沿触发信号产生模块输出包含参数N和延时τ的触发控制信号，向三角波对称性控制模块输出包含步长step1和step2的三角波对称性控制信号，各参数的计算方法为：

三角波信号对称性等于三角波上升沿所经历的参考时钟个数与一个周期三角波信号持续时间所经历的参考时钟个数之比，为了实现对三角波信号对称性的精确可调，本发明中需要保证参考时钟信号CLK的频率f_CLK是输出三角波信号Triangle频率f_triangle的整数倍。因此首先根据对称性参数m计算上升沿参考时钟个数K1和下降沿参考时钟个数K2，计算公式为：

$\frac{m}{1-m}=\frac{K1}{K2}$

其中，K1和K2均为整数，这是为了保证K1、K2求和得到的参数N为整数，并且计算得到的延时τ为参考时钟周期的整数倍。根据上述计算公式可知，K1、K2的具体值是不确定的，只要满足比例关系即可，在实际应用中可以根据需要进行设置。

参数N＝K1+K2，参考时钟频率f_CLK＝f_triangle×N，延时τ＝(1/f_triangle)×m。可见τ＝(1/f_triangle)×m＝(1/f_CLK)×K1。步长step1＝H/K1，步长step2＝H/K2。各参数的具体使用过程将在各模块的描述中说明。

时钟信号产生模块2，根据从控制模块接收的参考时钟控制信号，生成频率为f_CLK的参考时钟，发送给脉冲前后沿触发信号产生模块3、三角波对称性控制模块4和三角波数字信号处理模块6。

脉冲前后沿触发信号产生模块3，包括触发信号产生电路31和延时电路32，触发信号产生电路31根据参数对从时钟信号产生模块2接收的参考时钟计数，产生与三角波频率f_triangle相同频率的触发信号，产生的触发信号分为两路，一路作为脉冲前沿触发信号输出至脉冲信号合成模块4，一路经延时电路32进行延时为τ的延时处理后作为脉冲后沿触发信号输出至脉冲信号合成模块4。脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号之间的延时时间，即为三角波信号的上升沿持续时间。延时电路对脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号的延时时间τ控制得越精确，对三角波信号的对称性控制也就越精确。本发明中，各种触发信号的触发方式(上升沿/下降沿/电平触发)，可以根据实际需要进行确定。

脉冲信号合成模块4，根据接收到的脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号，生成脉冲信号，输出至三角波对称性控制模块。以产生的脉冲信号为正脉冲为例(也可以是负脉冲)，在接收到脉冲前沿触发信号后，脉冲信号合成模块4输出高电平，在接收到脉冲后沿触发信号后，输出低电平，如此循环产生脉冲信号，该脉冲信号的高电平脉冲宽度等于脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号之间的延迟时间τ。

三角波对称性控制模块5，包含三角波上升沿产生电路51、三角波下降沿产生电路52和切换电路53，其中三角波上升沿产生电路51在脉冲信号前沿到来后，每当参考时钟信号到来时，进行一次累加操作，累加初值为0，步长为step1，切换电路53选择三角波上升沿产生电路51的数字信号输出至三角波数字信号处理模块；三角波下降沿产生电路52在脉冲信号后沿到来后，每当参考时钟信号到来时，进行一次累减操作，累减初值为H，步长为step2，切换电路53选择三角波下降沿产生电路52的数字信号输出至三角波数字信号处理模块6。可见，三角波上升沿的持续时间等于脉冲信号合成模块4输出的脉冲信号宽度，即脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号的延时时间τ。

三角波数字信号处理模块6，包括数模转换电路61和滤波电路62，数模转换电路61接收三角波对称性控制模块5输出的数字信号转换为模拟阶梯形三角波信号，滤波电路62对模拟阶梯形三角波信号进行平滑滤波，得到三角波信号。

图2是采用本发明进行三角波合成的时序示例图。如图2所示，本实施例中设置对称性参数m＝30％。取K1＝3，K2＝7，即N＝10，则参考时钟频率f_CLK＝10f_triangle。延时参数τ＝(1/f_triangle)×m＝3/f_CLK，即3个参考时钟，步长step1＝H/3，步长step2＝H/7。控制模块1根据各参数生成控制信号，分别发送给其他模块。

脉冲前后沿触发信号产生模块3在收到控制模块1的触发控制信号，在时刻t1生成触发信号，分为两路，一路为脉冲前沿触发信号SET，另一路延迟时间τ后，即在时刻t2得到脉冲后沿触发信号CLR，两路触发信号的周期T与三角波相同，即T＝1/f_triangle。在时刻t3和t4的操作与时刻t1的操作一致。

脉冲信号合成模块4接收到脉冲前沿触发信号SET后，即时刻t1，输出高电平，接收到脉冲后沿触发信号CLR后，即时刻t2，输出低电平，直到再次收到脉冲前沿触发信号SET后，即时刻t3，输出高电平，从而得到频率为f_triangle、宽度为τ的脉冲信号Pulse。

将脉冲信号Pulse送入三角波对称性控制模块5，在脉冲信号Pulse前沿到来后，即时刻t1(t3、t4)，每当参考时钟信号到来时，三角波上升沿产生电路51进行一次累加操作，切换电路53选择三角波上升沿产生电路51的数字信号输出，在在脉冲信号Pulse后沿到来后，即时刻t2，每当参考时钟信号到来时，三角波下降沿产生电路52进行一次累加操作，切换电路53选择三角波下降沿产生电路52的数字信号输出。输出的数字信号如图2中D_Tri所示。假设三角波幅度为1，步长step1＝1/3，步长step2＝1/7，则输出的数字信号幅度依次为0、1/3、2/3、1、6/7、5/7、4/7、3/7、2/7、1/7。

三角波对称性控制模块5输出的数字信号D_Tri，经数字信号处理模块6中的数模转换电路61进行数模转换处理，得到模拟阶梯形三角波信号(图2中Dac_out信号)，再经滤波电路62平滑滤波后，得到三角波信号(图2中Triangle信号)。

图3是本发明对称性可调的三角波合成装置的一种具体实施方式结构图。如图3所示，控制信号1为参考时钟控制信号，控制信号2包含参数N的触发控制信号，控制信号3为包含延时τ的触发控制信号，控制信号4为三角波对称性控制信号。

如图3所示，本实施例中，脉冲前后沿触发信号产生模块3由FPGA实现的触发信号产生电路和延时芯片构成。其中触发信号产生电路包括计数器301，比较器302和D触发器303。计数器301根据控制信号2来设置其模值，即计数器301的模等于N，每当参考时钟到来时，计数器301的值加1，计数器301的数值作为一路信号输入至比较器302，比较器302的另一路输入信号恒为0。比较器302的功能是根据计数器301的值是否为0来决定输出有效电平还是无效电平。当比较器302两路输入相同时，即计数器301的值为0时，比较器302向D触发器303输出有效电平，当比较器302两路输入不相同时，比较器302向D触发器303输出无效电平。可见，有效电平会持续一个参考时钟周期。有效电平为高电平还是低电平根据实际电路情况进行设置。D触发器303的输入信号为参考时钟信号，根据比较器输出信号进行工作，每当计数器的值为0时，产生一个触发信号。

例如，当计数器301的值为0时，比较器302的输出信号TRI输出一个参考时钟的高电平，此时D触发器303在参考时钟信号上升沿的作用下，输出一个参考时钟高电平；当下一个参考时钟的上升沿到来时，计数器301的值从0变为1，此时比较器302的输出为低电平，在此参考时钟上升沿的作用下，D触发器303的输出信号由高电平变为低电平，D触发器303所输出的低电平信号一直持续到计数器的值为N-1。在计数器301的值为N-1的下一个参考时钟信号上升沿到来时，计数器301清零，重新循环计数，此时D触发器302又输出高电平信号，如此循环，产生频率为f_triangle的触发信号。

本实施例中，脉冲信号合成模块为D触发器401，输入信号为触发信号产生电路生成的脉冲前沿触发信号的有效电平，脉冲前沿触发信号作为输入时钟，触发信号产生电路生成的脉冲后沿触发信号作为清零信号。由于本实施例中，触发信号产生电路生成的脉冲前沿触发信号为高电平，因此D触发器的信号输入为高电平。可见，当脉冲前沿触发信号SET到来时，D触发器401输出高电平，当脉冲后沿触发信号CLR到来时，D触发器清零，输出为低电平，直到下一个脉冲前沿触发信号SET到来再次输出高电平，如此循环即可得到频率为f_triangle、宽度为τ的脉冲信号。

本实施例中，三角波对称性控制模块5采用FPGA实现，其中，三角波上升沿产生电路为第一累加器501，初值为0，步长为step1；三角波下降沿产生电路包括第二累加器502和数据处理电路503，其中第二累加器502的初值为1，步长为step2，数据处理电路503接收第二累加器502的输出值α，计算输出β＝1-α。以三角波幅度为1，步长为1/7为例，第二累加器502的输出依次为0、1/7、2/7、3/7、4/7、5/7、6/7、1，那么数据处理电路503的输出为1、6/7、5/7、4/7、3/7、2/7、1/7、0。第二累加器502和数据处理电路503等效为一个累减器。切换电路为2选1数据选择器504，接收脉冲信号，当脉冲信号前沿到来后选择第一累加器501的输出信号输出，当脉冲信号后沿到来后选择数据处理电路503的输出信号输出。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种对称性可调的三角波合成装置，其特征在于包括控制模块、时钟信号产生模块、脉冲前后沿触发信号产生模块、脉冲信号合成模块、三角波对称性控制模块和三角波数字信号处理模块，其中：

控制模块，用于根据设置的对称性参数m、三角波频率f_triangle和三角波幅度H产生控制信号输出至其他模块，其中对称性参数m表示三角波上升沿持续时间占三角波周期的百分比，控制模块向时钟信号产生模块输出包含参考时钟频率f_CLK的参考时钟控制信号，向脉冲前后沿触发信号产生模块输出包含参数N和延时τ的触发控制信号，向三角波对称性控制模块输出包含步长step1和step2的三角波对称性控制信号，各参数的计算方法为：

根据对称性参数m计算上升沿参考时钟个数K1和下降沿参考时钟个数K2，计算公式为：

$\frac{m}{1-m}=\frac{K1}{K2}$

其中，K1和K2均为整数；

参数N＝K1+K2，参考时钟频率f_CLK＝f_triangle×N，延时τ＝(1/f_triangle)×m，步长step1＝H/K1，步长step2＝H/K2；

时钟信号产生模块，根据从控制模块接收的参考时钟控制信号，生成频率为f_CLK的参考时钟，发送给脉冲前后沿触发信号产生模块、三角波对称性控制模块和三角波数字信号处理模块；

脉冲前后沿触发信号产生模块，包括触发信号产生电路和延时电路，触发信号产生电路根据参数N对从时钟信号产生模块接收的参考时钟计数，产生与三角波频率f_triangle相同频率的触发信号，触发信号分为两路，一路作为脉冲前沿触发信号输出至脉冲信号合成模块，一路经延时电路进行延时为τ的延时处理后作为脉冲后沿触发信号输出至脉冲信号合成模块；

脉冲信号合成模块，根据接收到的脉冲前沿触发信号和脉冲后沿触发信号，生成脉冲信号，输出至三角波对称性控制模块；

三角波对称性控制模块，包含三角波上升沿产生电路、三角波下降沿产生电路和切换电路，其中三角波上升沿产生电路在脉冲信号前沿到来后，每当参考时钟信号到来时，进行一次累加操作，累加初值为0，步长为step1，切换电路选择三角波上升沿产生电路的数字信号输出至三角波数字信号处理模块；三角波下降沿产生电路在脉冲信号后沿到来后，每当参考时钟信号到来时，进行一次累减操作，累减初值为H，步长为step2，切换电路选择三角波下降沿产生电路的数字信号输出至三角波数字信号处理模块；

三角波数字信号处理模块，包括数模转换电路和滤波电路，数模转换电路接收三角波对称性控制模块输出的数字信号转换为模拟阶梯形三角波信号(Dac_out信号)，滤波电路对模拟阶梯形三角波信号进行平滑滤波，得到三角波信号。

2.根据权利要求1所述的三角波合成装置，其特征在于，所述触发信号产生电路包括计数器、比较器和D触发器，设置计数器的模为N，每当参考时钟信号到来时，计数器的值加1，计数器的数值作为一路信号输入至比较器，比较器的另一路输入信号恒为0，当比较器两路输入相同时，比较器向D触发器输出有效电平，当比较器两路输入不相同时，比较器向D触发器输出无效电平，D触发器的输入信号为参考时钟信号，根据比较器输出信号进行工作，每当计数器的值为0时，产生一个触发信号。

3.根据权利要求1所述的三角波合成装置，其特征在于，所述脉冲信号合成模块为D触发器，输入信号为触发信号产生电路生成的脉冲前沿触发信号的有效电平，脉冲前沿触发信号作为输入时钟，触发信号产生电路生成的脉冲后沿触发信号作为清零信号。

4.根据权利要求1所述的三角波合成装置，其特征在于，所述三角波对称性控制模块中，所述三角波上升沿产生电路为第一累加器，初值为0，步长为step1；所述三角波下降沿产生电路包括第二累加器和数据处理电路，其中第二累加器的初值为0，步长为step2，数据处理电路接收第二累加器的输出值α，计算输出β＝1-α；所述切换电路为2选1数据选择器，接收脉冲信号，当脉冲信号前沿到来后选择第一累加器的输出信号输出，当脉冲信号后沿到来后选择数据处理电路的输出信号输出。