CN105630210A - 能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置 - Google Patents

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CN105630210A CN201510956320.9A CN201510956320A CN105630210A CN 105630210 A CN105630210 A CN 105630210A CN 201510956320 A CN201510956320 A CN 201510956320A CN 105630210 A CN105630210 A CN 105630210A
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周生奎
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Abstract

本发明公开了一种能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其包括：一波形数据存储单元，存储输入的外部波形数据以及绘制波形数据，绘制波形数据是鼠标于数据绘制区域内绘制波形图像后由软件采集波形图像生成；一波形数据选择单元，调用波形数据存储单元中的外部波形数据或绘制波形数据或于波形数据选择单元内生成固有波形数据输出；一波形数据生成单元，以波形数据选择单元的输出，生成4GHz的高速模拟波形数据。本发明能够取得任意的绘制波形数据，操作简单、适用场合广；另一方面，对处理低速数据流进行合成，实现4GSa/s的高速模拟波形数据的输出。

Description

能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置
技术领域
本发明涉及波形数据处理领域，特别涉及一种能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置。
背景技术
高速任意波形发生器用来产生在时域和频域均可灵活定义的各种复杂波形信号的设备，即是一种特殊的信号源。
高速任意波形发生器具有综合其它信号源的波形生成能力，可以满足多种应用需求，在通信、雷达、电子测试等领域有着广泛的应用。随着电子技术的不断发展，被测系统的工作频率、复杂程度不断提高，对激励信号源的输出信号带宽、输出波形的复杂度提出了更高的要求。
高速波形合成技术是高速任意波形发生器的核心技术。主要完成任意波形数字合成、数据存储、数模转换功能，采用高速FPGA、高速SDRAM、高速DAC设计完成。
在现有仪器设备中，Agilent公司81180A它最高采样率4.2GSa/s，带宽1GHz，无任意绘制功能；Tektronix公司AWG系列任意波形发生器，虽然采样速率和带宽很高，但无直接绘制与软件数据采集功能。由此，提出一种采用高性能FPGA进行数据处理，且实现4GSa/s采样率，利用鼠标在绘制区域能任意绘制任意波形的高速任意波形发生器是必需的。
发明内容
本发明的目的是克服或减缓至少上述缺点中的部分，特此提供一种能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其包括：
一波形数据存储单元，存储输入的外部波形数据以及绘制波形数据，所述绘制波形数据是鼠标于数据绘制区域内绘制波形图像后由软件采集波形图像生成；
一波形数据选择单元，调用所述波形数据存储单元中的外部波形数据或绘制波形数据或于所述波形数据选择单元内生成固有波形数据输出；
一波形数据生成单元，以所述波形数据选择单元的输出，生成4GHz的高速模拟波形数据。
优选地，
所述鼠标于显示器中的数据绘制区域绘制包括如下步骤：
(1)设置显示器中的数据绘制区域；
(2)于数据绘制区域绘制任意的波形图像；
(3)软件采集波形图像，生成绘制波形数据；
(4)存储绘制波形数据到波形数据存储单元。
另外，
于(1)，于显示器的数据绘制区域建立X、Y直角坐标系；
于(2)，鼠标在移动时，会产生鼠标移动波形绘制消息，以实时记录当前鼠标的坐标，并存入缓存区；
于(3)，
A.创建定时器Time1，定时10ms，其用于对缓存区中的坐标数据进行整理：在定时器Time1每10ms采集的点(x1，y1)的x坐标值小于缓存区中存储的某个(x2，y2)的x坐标值，即x1＜x2，则(x1，y1)替换缓存区存储的(x2，y2)；
B.创建定时器Time2，定时33ms，用于绘制缓存区存储的鼠标轨迹数据；
C.对缓存区中的数据进行拟合、量化，
假设xk-xk-1＝m，其中，1＜k＜n，m＞1，
在这两个点之间插入m-1个拟合点，相邻的两个点在X方向相差1，这里采用简单的线型拟合，假设(xt，yt)是中间的某个点，xk-1＜xt＜xk，则yt＝[(yk-yk-1)/(xk-xk-1)]*(xt-xk-1)+yk-1；
于(4)由软件采集缓存区中拟合、量化后的数据，且输出至波形数据存储单元。
优选地，所述波形数据存储单元选用SDRAM。
优选地，所述波形数据生成单元包括：
高速D/A转换器，内部8分频外部输入的4GHz的时钟信号为500MHz的时钟信号；
DCM时钟管理模块，由500MHz的时钟信号生成500MHz和250MHz的时钟信号；
16路数据流输入单元，以250MHz的时钟信号为参考，分别采样所述波形数据选择单元的输出；
8路数据流输出单元，任意一路所述的数据流输出单元以500MHz的时钟信号为参考，采样两路数据流输入单元的输出；
数模转换单元，合并8路数据流输出单元的输出为4GHz的高速模拟波形数据。
本发明旨在于，一方面采用鼠标绘制波形、软件采集获取任意样式的绘制波形数据，操作简单、适用于各种需求复制波形数据的场合；另一方面，克服了FPGA无法实现4GSa/s高速数据流输出的缺点，仅是对处理低速数据流进行合成，实现4GHz的高速模拟波形数据的输出，适用范围更广。
附图说明
现在将参照所附附图更加详细地描述本发明的这些和其它方面，其所示为本发明的当前优选实施例。其中：
图1为本实施例的结构框图；
图2为波形数据生成单元的内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本实施例示范性的公开了一种能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其包括SDRAM，其存储输入的外部波形数据以及绘制波形数据，所述绘制波形数据是通过鼠标于显示器的数据绘制区域内绘制，再由软件采集于数据绘制区域绘制的波形图像而成；波形数据选择单元，调用所述波形数据存储单元中的外部波形数据或绘制波形数据或于所述波形数据选择单元内生成的固有波形数据输出；波形数据生成单元，以所述波形数据选择单元的输出，生成4GHz的高速模拟波形数据；波形数据回放单元，根据4GHz的高速模拟波形数据，回放波形数据选择单元所输出的波形数据对应的波形。
本实施例对绘制波形数据的绘制以及生成的主要步骤如下：
(1)在屏幕的数据绘制区域建立X、Y直角坐标系，并规划坐标范围。
(2)鼠标在坐标区移动会产生ON_WM_MOUSEMOVE(鼠标移动波形绘制)消息，跟踪该消息，记录当前鼠标相对位置(已像素为单位)，并存入缓存区。
(3)创建定时器Time1，定时10mS(即每10mS执行一次)，用于对缓存区中的数据进行整理，原则上是x坐标值小的排在前面，且在时间上后采集到的点(x1，y1)的x坐标值小于缓存区中存储的某个(x2，y2)的x坐标值，即x1＜x2；则(x1，y1)替换与之在x方向上最近的点。
(4)创建定时器Time2，定时33mS(即每33mS执行一次)，用于绘制缓存区总存储的鼠标轨迹数据。
(5)由于ON_WM_MOUSEMOVE消息存在缺陷，即并不能完整记录鼠标轨迹上的每个像素点，假设缓存区中的数据为(x1，y1)、(x2，y2)......(xn，yn)，得到的数据中可能存在xk-xk-1＞1(1＜k＜n)。这样就无法正确反映绘制波形在时域上的信息，我们就需要对缓存区中的数据进行拟合、量化。具体是假设xk-xk-1＝m，(1＜k＜n，m＞1)，就需要在这两个点之间插入m-1个拟合点，相邻的两个点在X方向相差1，本实施例仅采用简单的线型拟合：
假设(xt，yt)是中间的某个点，xk-1＜xt＜xk，则yt＝[(yk-yk-1)/(xk-xk-1)]*(xt-xk-1)+yk-1。
那么，经过(5)处理后的缓存区就能够在时域上正确反映绘制波形信息，将处理后的数据进行模数转换后，即可输出模拟量的绘制波形数据。
波形数据选择单元是单片机，其主要是通过总线与微处理器通讯，取得用户指令，调用SDRAM中的外部波形数据或绘制波形数据，且在外部波形数据或绘制波形数据均不符合时，可以基于其内部的时钟电路，生成固有波形数据，用于输出。
如图2所示，本实施例的波形生成单元即FPGA，FPGA通过PLX总线接口与微处理器通信，在微处理器的控制下，由外部或者内部时钟电路生成4GHz采样时钟，4GHz采样时钟经D/A转换器内部的8分频功能生成的8路250MHz的时钟信号，用来分别采样8路14位的波形数据，且在采集波形数据后，进行合成产生112位宽的并行数据，再通过并串转换电路实现4GHz的高速数据流，最终通过数模转换电路实现模拟输出，D/A转换器输出的500MHz同步时钟输出到FPGA作为FPGA的全局时钟，高速D/A转换器可以完成8路合成1路的并串转换功能。
具体地，FPGA在接收到高速D/A转换器的500MHz的处理时钟后，首先通过高性能时钟管理单元DCM对时钟信号进行锁相和分频处理，分别得到500MHz和250MHz的时钟信号，后者则作为波形数据合成的处理时钟以及外部数据存储电路的读写时钟。
由于FPGA内部需要完成2路250MHz数据流合成1路500MHz数据流功能。即需要16路250MHz的波形数据；
本实施例采用DDS单元读取数据选择单元输出或经FPGA处理的的外部波形数据或固有波形数据或绘制波形数据；
在共同的250MHz时钟信号的驱动下，每路DDS单元波形查找表地址是不同的，从而通过查表的方式获得16路不同的波形数据。其对应的相位累加器初值不同，分别为P0、P1、......、P14、P15，步进量相同均为N，P则为多路DDS信号共同的初始相位。这样，通过调节步进量N，就可以调节输出信号频率，通过调节初始相位P，就可以调节信号的初始相位。在250MHz时钟上升沿、下降沿作用下把第0路和第1路数据合成500MHz数据流第a路，把第2路和第3路数据合成500MHz数据流第b路，把第4路和第5路数据合成500MHz数据流第c路，把第6路和第7路数据合成500MHz数据流第d路，把第8路和第9路数据合成500MHz数据流第e路，把第10路和第11路数据合成500MHz数据流第f路，把第12路和第13路数据合成500MHz数据流第g路，把第14路和第15路数据合成500MHz数据流第h路。
有上述，本实施例经16路DDS以及8路数据流输出单元生成的8路500MHz的高速数据流送往高速DAC，经DAC对8路高速数据流的转换得到4GHz数据流。
本实施例的8路数据流输出单元是采用FPGA内部OSERDES级联实现；且本实施例使用CLK和CLKDIV两个时钟进行数据速率转换，可配置为SDR和DDR两种并串转换模式。CLK是高速串行时钟，CLKDIV是分频并行时钟，CLK和CLKDIV由PLL保证相位对齐。由于一个OSERDES模块能完成6∶1并串转换处理。
本实施例提基于高速FPGA与SDRAM+高速DAC实现高速波形合成技术；波形数据来源主要包括上位机数据、实时产生的数据、屏幕上任意绘制波形数据。该波形合成装置具有复杂数据产生简单、利用鼠标在屏幕上能任意绘制波形、操作简单等优点。

Claims (5)

1.一种能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其特征在于包括：
一波形数据存储单元，存储输入的外部波形数据以及绘制波形数据，所述绘制波形数据是鼠标于数据绘制区域内绘制波形图像后由软件采集波形图像生成；
一波形数据选择单元，调用所述波形数据存储单元中的外部波形数据或绘制波形数据或于所述波形数据选择单元内生成固有波形数据输出；
一波形数据生成单元，以所述波形数据选择单元的输出，生成4GHz的高速模拟波形数据。
2.根据权利要求1所述的能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其特征在于，
所述鼠标于显示器中的数据绘制区域绘制包括如下步骤：
(1)设置显示器中的数据绘制区域；
(2)于数据绘制区域绘制任意的波形图像；
(3)软件采集波形图像，生成绘制波形数据；
(4)存储绘制波形数据到波形数据存储单元。
3.根据权利要求2所述的能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其特征在于，
于(1)，于显示器的数据绘制区域建立X、Y直角坐标系；
于(2)，鼠标在移动时，会产生鼠标移动波形绘制消息，以实时记录当前鼠标的坐标，并存入缓存区；
于(3)，
A.创建定时器Time1，定时10ms，其用于对缓存区中的坐标数据进行整理：在定时器Time1每10ms采集的点(x1，y1)的x坐标值小于缓存区中存储的某个(x2，y2)的x坐标值，即x1＜x2，则(x1，y1)替换缓存区存储的(x2，y2)；
B.创建定时器Time2，定时33ms，用于绘制缓存区存储的鼠标轨迹数据；
C.对缓存区中的数据进行拟合、量化，
假设xk-xk-1＝m，其中，1＜k＜n，m＞1，
在这两个点之间插入m-1个拟合点，相邻的两个点在X方向相差1，这里采用简单的线型拟合，假设(xt，yt)是中间的某个点，xk-1＜xt＜xk，则yt＝[(yk-yk-1)/(xk-xk-1)]*(xt-xk-1)+yk-1；
于(4)由软件采集缓存区中拟合、量化后的数据，且输出至波形数据存储单元。
4.根据权利要求1所述的能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其特征在于，
所述波形数据存储单元选用SDRAM。
5.根据权利要求1所述的能任意绘制波形的4GSa/s高速波形数据合成装置，其特征在于，
所述波形数据生成单元包括：
高速D/A转换器，内部8分频外部输入的4GHz的时钟信号为500MHz的时钟信号；
DCM时钟管理模块，由500MHz的时钟信号生成500MHz和250MHz的时钟信号；
16路数据流输入单元，以250MHz的时钟信号为参考，分别采样所述波形数据选择单元的输出；
8路数据流输出单元，任意一路所述的数据流输出单元以500MHz的时钟信号为参考，采样两路数据流输入单元的输出；
数模转换单元，合并8路数据流输出单元的输出为4GHz的高速模拟波形数据。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106771452A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 中国电子科技集团公司第四十研究所 一种基于mfc类库和屏幕分辨率的波形绘制和采集方法
CN109523606A (zh) * 2018-10-26 2019-03-26 西安交通大学 一种高压脉冲波形的编辑装置和方法
CN114567349A (zh) * 2022-04-28 2022-05-31 成都安则科技有限公司 一种无线电干扰信号发射系统

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