CN105005240A - 基于离线计算的任意波发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于离线计算的任意波发生器，包括工控机、现场可编程门阵列、数模转换器、及低通滤波器。现场可编程门阵列连接有配置芯片，现场可编程门阵列上电时直接将离线计算的所有任意波数据配置到现场可编程门阵列的随机存储器中，现场可编程门阵列直接调用任意波数据库中的任意波数据，经过数模转换器、及低通滤波器输出平滑的模拟波形。本发明省却了工控机软件实时计算任意波形数据的压力，节省了任意波数据传输到现场可编程门阵列中的时间，提高了任意波发生器的效率。

Description

基于离线计算的任意波发生器
技术领域
本发明涉及信号发生领域，尤其是一种基于离线计算的任意波发生器。
背景技术
随着信号理论、高速数字电路的发展，直接数字频率合成器(DDS)技术应运而生，其中心思想是依照采样定理，在时钟的作用下，按照一定相位增量周期地增加相位，通过波形查找表产生波形数据，经过数模转换器产生模拟波形，与传统的频率合成技术相比，具有频率切换速度快，频率分辨率高，相位连续，相位噪声低等优点，在通信系统中得到了广泛的应用。
任意波发生器是信号源产品中的重要组成部分，它可以为整机提供调频、调相、调幅以及脉冲等模拟调制信号。传统的任意波发生器是基于实时计算DDS波形数据查找表来实现的，具体上是通过工控机上层软件实时计算任意波的波形数据，然后通过本地总线将任意波形数据下传到相应任意波发生器整件的FPGA里面，然而当整机在不同的任意波之间切换时，每次切换都需要工控机上层软件重新计算生成相应的任意波数据，这样不仅增加了工控机的压力，而且任意波型数据的产生以及传输都消耗了时间。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种基于离线计算的任意波发生器。本发明利用现场可编程门阵列里面集成的随机存储器，将离线计算得到的所有任意波数据查找表配置到现场可编程门阵列里面，这样离线计算得到的任意波数据在后续的波形切换中可直接调用，不会涉及到上层的工控机实时计算以及本地总线的传输。
本发明采用如下技术方案：
基于离线计算的任意波发生器，包括工控机、现场可编程门阵列、数模转换器、及低通滤波器，工控机通过本地总线连接现场可编程门阵列，现场可编程门阵列连接数模转换器，数模转换器连接低通滤波器，其中，现场可编程门阵列连接有配置芯片，配置芯片内有离线计算的任意波数据库，现场可编程门阵列内集成有随机存储器，现场可编程门阵列上电时直接将离线计算的所有任意波数据配置到现场可编程门阵列的随机存储器中，现场可编程门阵列直接调用任意波数据库中的任意波数据，经过数模转换器、及低通滤波器输出平滑的模拟波形。
进一步地，所述现场可编程门阵列的DDS模块包括频率控制字、相位累加器、及相位寄存器，工控机将频率控制字以串行或并行的方式载入现场可编程门阵列中，相位累加器在参考时钟的作用下周期地不断累加相位，相位累加值存储到相位寄存器中。
进一步地，所述任意波数据以任意波数据查找表的形式配置到随机存储器中，相位累加值作为任意波数据查找表的地址，得到与波形相位相对应的离散波形幅度。
采用如上技术方案取得的有益技术效果为：
本发明基于离线计算的任意波发生器利用现场可编程门阵列里面集成的随机存储器，将离线计算得到的所有任意波数据查找表配置到现场可编程门阵列里面，这样离线计算得到的任意波数据在后续的波形切换中可直接调用，不会涉及到上层的工控机实时计算以及本地总线的传输。本发明省却了工控机软件实时计算任意波形数据的压力，节省了任意波数据传输到现场可编程门阵列中的时间，提高了任意波发生器的效率。
附图说明
图1为基于离线计算的任意波发生器示意图。
具体实施方式
结合附图1对本发明的具体实施方式做进一步说明：
基于离线计算的任意波发生器，包括工控机、现场可编程门阵列FPGA、数模转换器DAC、及低通滤波器LPF。工控机通过本地总线连接现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA连接数模转换器DAC，数模转换器DAC连接低通滤波器LPF，其中，现场可编程门阵列FPGA连接有配置芯片，配置芯片内有离线计算的任意波数据库，现场可编程门阵列FPGA内集成有随机存储器RAM，现场可编程门阵列FPGA上电时直接将离线计算的所有任意波数据配置到现场可编程门阵列FPGA的随机存储器RAM中。现场可编程门阵列FPGA直接调用任意波数据库中的任意波数据，经过数模转换器DAC、及低通滤波器LPF输出平滑的模拟波形。
现场可编程门阵列的DDS模块(直接数字式频率合成模块)包括频率控制字、相位累加器、及相位寄存器，工控机将频率控制字以串行或并行的方式载入现场可编程门阵列中，相位累加器在参考时钟的作用下周期地不断累加相位，相位累加值存储到相位寄存器中。
任意波数据以任意波数据查找表的形式配置到随机存储器中，相位累加值作为任意波数据查找表的地址，得到与波形相位相对应的离散波形幅度。
相位累加器决定输出信号的频率范围以及精度；任意波形查找表，用于存储经过量化和离散后的波形的幅度值；数模转换器，通过数模转换器将数字信号转换为相应的模拟波形；低通滤波器，用来滤除镜像分量。基于离线计算的任意波发生器工作过程是根据频率控制字确定相位增量，即波形查找表的寻址步长，依据参考时钟不断进行相位累加，相位累加值作为波形查找表的地址，得到相位累加值相对应的波形的离散幅度值，从而完成从相位到幅度的转换，然后将这些离散的幅度值通过数模转换器转换成模拟波形，再经过低通滤波滤除镜像分量，平滑输出的任意波信号。
本发明基于离线计算的任意波发生器利用现场可编程门阵列里面集成的随机存储器，将离线计算得到的所有任意波数据查找表配置到现场可编程门阵列里面，这样离线计算得到的任意波数据在后续的波形切换中可直接调用，不会涉及到上层的工控机实时计算以及本地总线的传输。本发明省却了工控机软件实时计算任意波形数据的压力，节省了任意波数据传输到现场可编程门阵列中的时间，提高了任意波发生器的效率。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.基于离线计算的任意波发生器，其特征在于，包括工控机、现场可编程门阵列、数模转换器、及低通滤波器，工控机通过本地总线连接现场可编程门阵列，现场可编程门阵列连接数模转换器，数模转换器连接低通滤波器，其中，现场可编程门阵列连接有配置芯片，配置芯片内有离线计算的任意波数据库，现场可编程门阵列内集成有随机存储器，现场可编程门阵列上电时直接将离线计算的所有任意波数据配置到现场可编程门阵列的随机存储器中，现场可编程门阵列直接调用任意波数据库中的任意波数据，经过数模转换器、及低通滤波器输出平滑的模拟波形。
2.根据权利要求1所述的基于离线计算的任意波发生器，其特征在于，所述现场可编程门阵列的DDS模块包括频率控制字、相位累加器、及相位寄存器，工控机将频率控制字以串行或并行的方式载入现场可编程门阵列中，相位累加器在参考时钟的作用下周期地不断累加相位，相位累加值存储到相位寄存器中。
3.根据权利要求2所述的基于离线计算的任意波发生器，其特征在于，所述任意波数据以任意波数据查找表的形式配置到随机存储器中，相位累加值作为任意波数据查找表的地址，得到与波形相位相对应的离散波形幅度。
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