CN105515551B - 一种具有任意波编辑功能的信号发生器 - Google Patents

Abstract

一种具有任意波编辑功能的信号发生器，包括：一个具有固定波表点数的波表，一个依据所述波表中的波表数据产生输出波形的波形产生单元；输入数据产生单元，用于根据用户的输入产生对应的循环周期、编辑点数、编辑电压、输出频率；计算单元，用于依据所述循环周期、编辑点数和波表点数计算对应的编辑时间；波表生成单元，用于依据所述编辑时间和用户输入的对应编辑时间的编辑电压生成波表数据，并存储在所述波表中。本发明的信号发生器采用时间作为编辑基准，可以使用户简单快速的编辑每个时间点对应的电压值。

Description

一种具有任意波编辑功能的信号发生器

技术领域

本发明涉及测量、测试技术领域，特别是涉及一种具有任意波编辑功能的信号发生器。

背景技术

信号发生器是一种常见的激励源，其主要用于模拟各种真实信号，作为待测电路或系统的输入激励，为待测电路或系统的各种性能指标提供模拟环境。现有的信号发生器大都具有强大的信号产生能力，例如：1、可以产生基本常用的函数波形，如正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等；2、可以产生数字、模拟调制信号；3、可以产生频率连续变化的扫频信号；4、可以产生多种波形函数的脉冲串输出；5、可以产生任意波形输出，等等。

其中任意波形输出功能因其强大的功能而被越来越多的用户需求，为了输出任意波，一般就需要用户自行编辑任意波，任意波编辑功能允许用户根据自身需求而编辑需要的波形，并可以将用户编辑的波形输出。任意波编辑功能可以应用于电子电路设计、时钟信号模拟、负载变化测试、数据和无限通信、调制解调信号模拟、系统故障模拟、基站设备的功能检测等各种领域。

信号发生器除了作为单独的一台测量仪器，现在还出现了集成信号发生器功能的示波器等其他测量仪器。但，不管是单独的信号发生器，还是集成在示波器中的信号发生器，为了满足用户需求，都需要信号发生器具有任意波编辑功能。

现有的信号发生器的任意波编辑功能均采用“点”编辑的方案，例如申请号为201010531119.3的中国专利申请文件就公开了一种任意波形编辑方案，采用“点”编辑中的块编辑方案实现任意波编辑。附图1示出了其中的任意波形编辑方法100，附图2示出了其中的任意波形编辑装置200，下面一一进行说明。

任意波形编辑方法100主要包括：

步骤101，获取用户输入的波形起始点的序号和电压；

步骤102，获取用户输入的波形终止点的序号和电压；

步骤103，在所述波形起始点的序号和电压对应的起始点和所述波形终止点的序号和电压对应的终止点之间，按照插值的方式生成任意波形数据。

在实际应用中，用户首先设置可编辑点数、电平上下限值、插值方式、循环周期等各种参数，用户设置的起始点和终止点的序号是在可编辑点中的序号，而可编辑点则均匀分布在波表中。

用户设置的可编辑点数是均匀分布在波表中的，例如波表长度为16384个点，用户设置可编辑点数时可以在16384以内设置，比如设置可编辑点数为1000，那么该1000个可编辑点数将均匀分布在波表的16384点中。此时，用户实际可编辑的点为1000个点，每个点也分别对应自己的点序号。

在进行任意波编辑时，用户可以通过旋钮、左右按键等来选择编辑的点的序号，比如选择起始点的序号或终止点的序号，然后改变编辑点对应的幅度值(电压值)，那么起始点和终止点之间的点会自动进行插值，最终形成完整的波表。

对应于任意波编辑方法100，附图2示出了任意波编辑装置200的结构，任意波编辑装置200主要包括获取单元201、波形生成单元202、显示单元203、删除单元204等。

所述获取单元201，用于获取用户输入的波形起始点的序号和电压，并获取用户输入的波形终止点的序号和电压，还可以获取包括可编辑点数、电平上下限、插值方式等参数；

所述波形生成单元202，用于在所述波形起始点的序号和电压对应的起始点和所述波形终止点的序号和电压对应的终止点之间，按照线性插值的方式生成任意波形数据；

所述显示单元203，用于在按照线性插值的方式生成任意波形数据后，采用极值点压缩算法，将生成的任意波形数据压缩显示到屏幕上；

所述扇出单元204，用于在按照线性插值的方式生成任意波形数据后，在所述波形起始点和终止点之间，设置删除起始点和删除终止点以删除数据。

在信号发生器的具体应用中，时间是非常重要的概念，我们一般在数学或物理上，对波形的描述通常是横坐标采用时间、纵坐标采用幅度(电压)来实现，而一般不会将横坐标设置为“点”作为基准。对于任意波，用户一般也会比较关注时间。

在上述编辑方法100和编辑装置200中，用户可以设置“循环周期”这一参数，循环周期对应于用户设置的可编辑点数，例如用户设置的可编辑点数为16384个点，循环周期为1ms，那么用户根据编辑点的序列号可以换算出对应的时间点。

采用“点”编辑的方式实现的任意波编辑功能，以波形点为基准实现波形编辑，虽然可以通过设置循环周期这一参数，赋给波形点时间的概念，但存在有缺陷：

用户进行编辑时，是对“点”进行的编辑，如果用户需要时间值，需要用户手动逐一换算；而一旦用户采用插入或删除功能进行编辑，整个编辑点会发生变化，那么用户就需要重新再次手动计算时间；另外，如果用户需要编辑的波形是时间—电压的形式，还需要用户进行复杂的时间—点之间的手动换算，然后才能进行编辑。

因此，采用“点”编辑的任意波形编辑方案，不能满足用户对于时间这一概念的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有任意波编辑功能的信号发生器，采用时间为基准来编辑波形。

本发明所述的具有任意波编辑功能的信号发生器，包括：一个具有固定波表点数的波表，一个依据所述波表中的波表数据产生输出波形的波形产生单元；还包括：

输入数据产生单元，用于根据用户的输入产生对应的循环周期、编辑点数、编辑电压、输出频率；

计算单元，用于依据所述循环周期、编辑点数和波表点数计算对应的编辑时间；

波表生成单元，用于依据所述编辑时间和用户输入的对应编辑时间的编辑电压生成波表数据，并存储在所述波表中。

本发明提供的信号发生器采用时间作为基准，一旦用户设置了循环周期和编辑点数，计算单元即可计算出每个编辑点对应的编辑时间，用户可以改变编辑时间来设置对应的编辑电压，所述波表生成单元可以根据编辑时间和编辑电压来生成波表数据并存储。因此，本发明所述的信号发生器提供了采用时间作为基准的波形编辑方式，用户可以根据自身需要而设置循环周期和编辑点数，并通过键盘等输入设备来输入所关心的编辑时间、编辑电压，最终形成波表。

作为一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，所述计算单元包括：

子计算单元，用于依据所述循环周期和波表点数生成一个时间步进值；

时间确定单元，用于依据所述时间步进值和编辑点数确定每一个编辑点对应的编辑时间。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，所述计算单元还包括一个取整单元，用于依据一个时间步进阈值对所述时间步进值进行取整计算，使所述时间步进值是所述时间步进阈值的整数倍。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，

所述计算单元还包括一个判断单元，用于当所述时间步进值小于所述时间步进阈值时，进行如下处理：

当所述信号发生器的采样率与所述输出频率的比值不小于所述波表点数时，将所述步进时间阈值作为所述时间步进值，并发送给所述时间确定单元；

当所述信号发生器的采样率与所述输出频率的比值小于所述波表点数时，将所述时间步进值修正为

并发送给所述时间确定单元。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，所述步进时间阈值是所述信号发生器的步进时间最小分辨率。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，

所述编辑时间与所述编辑点一一对应，

所述编辑点是所述波表中由前往后逐个对应的波表点，

所述波表中用户未设置编辑电压的波标点被设置为默认值。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，所述信号发生器还包括一旋钮，用于修改所述编辑时间，且所述旋钮的步进对应所述时间步进值。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，所述信号发生器还包括一对左/右按键，用于修改所述编辑时间，且每次触发所述左/右按键均依据所述时间步进值修改一次所述编辑时间。

作为又一种举例说明，本发明所述的信号发生器中，所述波形产生单元依据所述波表数据和所述输出频率产生所述输出波形。

本发明提供的信号发生器采用时间作为编辑基准，可以使用户简单快速的编辑每个时间点对应的电压值。

附图说明

图1是本发明的背景技术中的任意波形编辑方法100的流程图；

图2是本发明的背景技术中的任意波形编辑装置200的结构原理图；

图3是本发明的信号发生器300的结构原理图；

图4是本发明的信号发生器300的又一结构原理图；

图5本发明的计算单元302的结构原理图；

图6是本发明的信号发生器300的逐点编辑界面示例图；

图7是本发明的信号发生器300的块编辑界面示例图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

结合参考附图3，本发明公开了一种具有任意波编辑功能的信号发生器300，包括输入数据产生单元301、计算单元302、波表生成单元303、波表304、波形产生单元305，其中所述输入数据产生单元301、计算单元302、波表生成单元303、波表304和波形产生单元305依次连接。

所述输入数据产生单元301根据用户的输入产生对应的循环周期T0、编辑点数n、编辑电压V、输出频率f；

所述计算单元302依据所述循环周期T0、编辑点数n和波表点数N计算对应的编辑时间T1；

所述波表生成单元303依据所述编辑时间T1和用户输入的对应编辑时间T1的编辑电压V生成波表数据，并存储在所述波表304中；

所述波表304具有一个固定波表点数N，存储波表数据；

所述波形产生单元305依据所述波表304中的波表数据产生输出波形。

在具体工作时，用户可以首先输入循环周期T0(循环周期T0一般会有一个默认值)，那么根据循环周期T0和波表点数N就决定了可调时间的时间步进值ΔT，

一旦用户输入编辑点数n，那么每个编辑点数对应的编辑时间T1也就相应的被确定，T1＝ΔT*(m-1)，其中m是编辑点对应的序号，m取正整数，所述计算单元302就可以根据用户输入的相关数据计算出编辑点对应的编辑时间T1；那么用户就可以改变编辑时间T1以选择需要编辑的时间，对应需要编辑的时间而设置对应的编辑电压V，编辑时间T1和对应的电压V就构成了波表304中的波表数据，而未被用户设置的波表点被设置为默认值；然后波形产生单元305就可以根据波表数据和用户输入的输出频率f实际输出波形。

在所述信号发生器300的任意波编辑功能实现过程中，呈献给用户的是“时间”这一概念，用户可以通过修改编辑时间T1来实现任意波编辑，实现了更加简单快速的对每个时间点和对应电压值的编辑。

作为一个举例说明，本发明的信号发生器300包括有一个键盘306，结合参考附图4，所述键盘306可以包括有旋钮、数字按键、方向按键等各种按键的组合，用户可以通过各种按键实现对信号发生器300的操作，特别是实现对各项参数的设置。

例如，所述键盘306包括有旋钮，旋钮本身作为测量仪器中的一个按键是现有技术，可以实现参数的修改。在本实施例中，所述旋钮的步进对应于所述时间步进值ΔT，使得用户在设置完成循环周期T0、编辑点数n等参数后，可以直接通过旋转旋钮以修改对应的编辑时间T1，方便用户选择；由于不需要用户输入数字，也减少了用户设置时间时错误的概率。

所述键盘306可以包括有方向按键，方向按键可以包括有一对左/右按键，还可以包括有一对上/下按键。用户可以通过方向按键来修改编辑时间T1，作为一个实际举例，将左按键设置为减小参数数值，在修改所述编辑时间T1时，每次触发左按键均使得所述编辑时间T1的数值按照时间步进值ΔT减小，每次触发右按键均使得所述编辑时间T1的数值按照时间步进值ΔT增加。

所述键盘306还可以包括有数字键(一般包括0—9十个数字，以及各种符号)，用户还可以通过数字键修改所述编辑时间T1。

作为一种变形，本发明的信号发生器300可以包括有一个触控屏，用户可以通过触控屏(而非键盘)实现参数的修改等功能。

作为又一种变形，本发明的信号发生器300还可以通过外置计算机、外置鼠标等其他设备实现参数修改等功能。

作为一个举例说明，所述输入数据产生单元301可以由DSP芯片实现，具体工作时，DSP芯片可以接收用户通过键盘或者触控屏或者外置计算机等传输来的各项指令，然后将这些指令对应转化为循环周期T0、编辑点数n、编辑电压V、输出频率f等数据。

作为一种变形，所述输入数据产生单元301还可以由ARM芯片实现，或者还可以由FPGA芯片实现，或者还可以由SOC芯片实现，等等。

作为一种举例说明，所述计算单元302可以由DSP芯片实现，具体工作时，所述计算单元302可以接收由DSP芯片内部或者外部的输入数据产生单元301各种参数，并计算出编辑时间T1。

结合参考附图5，在本实施例中，所述计算单元302包括子计算单元3021、取整单元3022、判断单元3023、时间确定单元3024。

其中，所述子计算单元3021可以依据所述循环周期T0和波表点数N生成所述时间步进值ΔT，

所述取整单元3022依据一个时间步进阈值ΔT0对所述时间步进值ΔT进行取整计算，使所述时间步进值ΔT是所述时间步进阈值ΔT0的整数倍，一般情况下所述时间步进阈值ΔT0为所述信号发生器300的步进时间最小分辨率，所述步进时间最小分辨率由所述波形产生单元及后续的硬件电路等决定。举一个具体的例子，例如所述时间步进阈值ΔT0为0.1ns，但根据用户设置的参数计算后的时间步进值ΔT为0.11ns，就需要进行所述取整单元3022进行取整计算，将所述时间步进值0.11ns取整为0.1ns，以便后续的硬件电路能够处理。

所述判断单元3023用于当所述时间步进值ΔT小于所述时间步进阈值ΔT0时做判断处理：当所述信号发生器300的采样率fs与所述输出频率f的比值

不小于所述波表点数N时，将所述步进时间阈值ΔT0作为所述时间步进值ΔT；当所述信号发生器300的采样率fs与所述输出频率f的比值

小于所述波表点数N时，将所述时间步进值ΔT修正为

这样，就使得即使用户随意设置循环周期T0，所述信号发生器300也能够依据用户的设置计算出合理的编辑时间T1，以供用户编辑使用，避免了时间步进值ΔT超出时间修改的精度，避免了用户因设置错误的循环周期T0使得后续波形产生单元305以及后边的数模转换器等硬件电路不能工作。

所述时间确定单元3024则依据前述确定的时间步进值ΔT和编辑点数n确定每一个编辑点对应的编辑时间T1。一般来说，默认第一个点的时间为0，那么对于波表304中的所有波表点就可以分别确定其时间为0、ΔT、2ΔT、3ΔT……(N-1)ΔT，那么用户设置编辑点数n后，取波表304中的前n个点为编辑点、并逐个对应，那么n个编辑点对应的时间就分别为0、ΔT、2ΔT……(n-1)ΔT，用户即可采用旋钮、按键等方式选择或输入对应的编辑时间，以编辑对应编辑时间的各个编辑电压V，最终形成波表数据。

作为一种变形，所述计算单元302还可以由ARM芯片实现，或者还可以由FPGA芯片实现，或者还可以由SOC芯片实现，等等。

作为一种变形，所述计算单元302也可以不设置有所述取整单元3022，此时根据用户设置的参数而得到的时间步进值ΔT若不符合要求，所述信号发生器300可以直接通过显示器或蜂鸣器等提出提示信息或报错信息，以提示用户自行修改。

作为一种变形，所述计算单元302也可以不设置有所述判断单元3023，当所述时间步进值ΔT不符合要求时，所述信号发生器300可以直接通过显示器或蜂鸣器等提出提示信息或报错信息，以提示用户自行修改。

作为一种变形，所述时间步进阈值ΔT0也可以不采用步进时间最小分辨率，而采用其他数值，可以由用户设定。

作为一种举例说明，所述波表生成单元303可以由DSP芯片实现，所述波表生成单元303可以接收由DSP芯片内部或者外部的各个编辑时间T1以及所述编辑时间T1对应的编辑电压V来生成波表数据，发送给波表304存储。

作为一种变形，所述波表生成单元303由ARM芯片实现，或者还可以由FPGA芯片实现，或者还可以由SOC芯片实现，等等。

作为一种举例说明，所述输入数据产生单元301、计算单元302、波表生成单元303可以由单独的一片DSP芯片实现，当然也可以由单独的一片ARM芯片等其他芯片实现。

作为一种变形，所述输入数据产生单元301、计算单元302、波表生成单元303也可以分别由不同的DSP芯片或ARM芯片等实现。

作为一种举例说明，所述波表304和波形产生单元305由一个FPGA芯片构成，其中所述波形产生单元305由FPGA芯片中的DDS模块实现，所述波表304由FPGA芯片中的内存实现。

由于FPGA芯片中的内存空间有限，因此所述波表304一般都设置有一个固定的存储深度，例如可以设置所述波表304的存储空间为16K，即可以存储16384个波表点的数据，此时用户可选的编辑点数n不大于16384。

作为一种变形，所述波表304也可以由外部存储器构成，由FPGA芯片访问外部存储器即可实现波表304的读写操作。

作为一种变形，所述波表304的存储空间也可以是用户可设的，例如所述信号发生器300可以允许用户选择波表304：8K、16K、32K等等，但用户一旦选定，则信号发生器300就具有了一个固定不可改的波表点数，除非用户重新设置各项参数。

作为一种变形，所述波形产生单元305也可以由包含有DDS模块的SOC芯片等实现，SOC芯片作为集成度更高芯片，具有更大的成本优势，还具有功耗低等优点。

作为说明，一般来说，所述波形产生单元305后都会连接有数模转换器、低通滤波器等硬件电路，以将此前形成的数字信号转换为模拟信号、并滤除杂散，进而作为信号发生器300的输出信号而对外输出。由于此部分电路是现有技术，且不涉及本发明，因此不再赘述。

作为一种举例说明，用户虽然设置了循环周期T0，但波形最终输出前用户依然可以设置输出频率f，结合参考附图3，所述波形产生单元305依据所述波表304中的波表数据和所述输出频率f最终产生输出波形。所述波形产生单元305依据波表和输出频率f产生输出波形的技术方案是现有技术，此处不再赘述。

作为一种变形，一旦用户设置了循环周期T0，也可以不用设置输出频率f，因为循环周期T0即初步决定了输出频率的值。

作为说明，所述信号发生器300的任意波编辑功能可以是逐点编辑或者块编辑的方式：

结合参考附图6，附图6示出了逐点编辑方式的一个编辑界面示例，从附图6中可以看出，用户可以设置周期601(即循环周期T0)、高电平602和低电平603(即编辑电压V的高低门限)、时间604(即编辑时间T1)、电压605(即编辑电压V)，用户可以通过编辑栏606来选择和编辑上述各种参数、并可以实现插入、删除、移动位置等各项操作。

在逐点编辑方式中，用户可以改变时间604，用户每选择一个时间点，均需要用户设置对应的电压605，如果用户不设置该点电压605，则信号发生器300将其自动设置为默认值，直至用户设置完成所有所需的时间和电压，形成波表。

在编辑过程中，用户还可以修改所编辑的波形数据，比如实现插入、删除、移动位置等功能：

如果用户选择插入功能，那么将在当前编辑时间点插入新的数据点，而从当前编辑时间对应的波表的存储位置开始到最后一个编辑时间对应的存储位置中的数据依次向后移动一个点。即实现了插入功能。

如果用户选择删除功能，那么会将当前编辑时间对应的数据删除，而从当前编辑时间后一个时间对应的波表的存储位置开始到最后一个编辑时间对应的存储位置中的数据依次向前移动一个点，即实现了删除功能。

如果用户选择移动位置功能，那么会将当前编辑时间对应的电压值移动到指定时间，并覆盖指定时间对应的电压值，而当前编辑时间对应的电压值设为默认值，即完成了移动位置功能。

结合参考附图7，附图7示出了快编辑方式的一个编辑界面示例，其中用户可以设置周期701(即循环周期T0)、高电平702和低电平703(即编辑电压V的高低门限)、时间X1704(即块起始时间)、电压Y1705(即块起始时间对应的起始电压值)，用户利用编辑栏706还可以选择终止时间X2和终止电压Y2，设置完成后用户选择“执行”功能，那么信号发生器300将利用插值的方式自动设置时间X1和X2之间的时间及对应的电压值，实现快编辑功能。

当然，用户还可以通过编辑栏706来实现插入、删除等各项块编辑的功能，此处不再赘述。

本发明所述的信号发生器可以是单独的信号发生器仪器，也可以是集成在示波器等其他仪器上的信号发生器模块。另需要说明的是，信号发生器在本行业内有时也会被称为信号源、任意波发生器、函数发生器等其他名称，但只要可以实现本发明所述的方案，均在本发明的保护范围之内。

本发明的信号发生器300在实现任意波编辑功能时，呈献给用户的是以时间为基准的编辑方法，可以使用户直接编辑时间和电压值，不需要用户多次进行手动计算，编辑方式更加直观、快速。由于将“时间”这一参数直接呈现给了用户，而时间和编辑点之间的转换由仪器直接完成，不会增加用户的工作量。由于被编辑的数据在波表中有固定位置，因而更加易于用户进行各种编辑。

以上所述的仅为本发明的具体实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有任意波编辑功能的信号发生器，包括：一个具有固定波表点数的波表，一个依据所述波表中的波表数据产生输出波形的波形产生单元；

其特征在于还包括：

输入数据产生单元，用于根据用户的输入产生对应的循环周期、编辑点数、编辑电压、输出频率；

计算单元，包括子计算单元和时间确定单元；

所述子计算单元，用于依据所述循环周期和波表点数生成一个时间步进值；

所述时间确定单元，用于依据所述时间步进值和所述编辑点数确定每一个编辑点对应的编辑时间；

波表生成单元，用于依据所述编辑时间和用户输入的对应编辑时间的编辑电压生成波表数据，并存储在所述波表中。

2.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于：

所述计算单元还包括一个取整单元，用于依据一个时间步进阈值对所述时间步进值进行取整计算，使所述时间步进值是所述时间步进阈值的整数倍。

3.根据权利要求2所述的信号发生器，其特征在于：

所述计算单元还包括一个判断单元，用于当所述时间步进值小于所述时间步进阈值时，进行如下处理：

当所述信号发生器的采样率与所述输出频率的比值不小于所述波表点数时，将所述步进时间阈值作为所述时间步进值，并发送给所述时间确定单元；

当所述信号发生器的采样率与所述输出频率的比值小于所述波表点数时，将所述时间步进值修正为

并发送给所述时间确定单元。

4.根据权利要求1、2或3所述的信号发生器，其特征在于：

所述步进时间阈值是所述信号发生器的步进时间最小分辨率。

5.根据权利要求4所述的信号发生器，其特征在于：

所述编辑时间与所述编辑点一一对应，

所述编辑点是所述波表中由前往后逐个对应的波表点，

所述波表中用户未设置编辑电压的波标点被设置为默认值。

6.根据权利要求4所述的信号发生器，其特征在于：

所述信号发生器还包括一旋钮，用于修改所述编辑时间，且所述旋钮的步进对应所述时间步进值。

7.根据权利要求4所述的信号发生器，其特征在于：

所述信号发生器还包括一对左/右按键，用于修改所述编辑时间，且每次触发所述左/右按键均依据所述时间步进值修改一次所述编辑时间。

8.根据权利要求4所述的信号发生器，其特征在于：

所述波形产生单元依据所述波表数据和所述输出频率产生所述输出波形。

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