CN106292837A - 一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法。该方法充分考虑电路的频率响应特性，合理运用校准数据之间存在的线性关系，以保证任意波形发生器输出信号的精确控制。本发明方法与现有方法相比具有如下优势：1、本发明充分利用样本频点数据之间的线性关系和硬件电路响应的“趋同”特性，计算出的幅度控制量更接近电路实际情况，利于提高幅度控制量计算的精确度；2、本发明还提高了对校准数据的利用率，无需大量的样本频点就可精确控制信号输出，在一定程度上也缩短了波形发生器校准所需时间。

Description

一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法

技术领域

本发明涉及一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法。

背景技术

任意波形发生器是一种常用的信号发生器，它除了能产生如正弦波、方波、脉冲波、三角波等规则波形之外，还可以生成一些不规则的信号，如模拟系统中各种瞬变波形、电子设备中出现的各种干扰波。它具有极低的波形失真和抖动、较高的带宽性能和任意波输出能力，完全能够替代同频段各类信号源。由于输出信号带宽广，幅度动态范围大，因此为了保证整个工作频段内信号输出的平坦度，需采用多种放大器和衰减器级联以实现大范围动态输出，如图1所示。然而不同放大器工作的频段是不一样的，且单个放大器无法覆盖波形发生器整个工作频段，对频率超出该频段的信号放大效果很不理想，所以需要打开或关闭某些放大器(标记为CHS_x，即通道状态)，使得当前信号的输出频率恰好处CHS_x的工作频段内。因此，必须建立有效方法确保通道状态CHS_x的正确切换和幅度微调控制量D的精确计算。

现有的波形发生器校准流程如下：1、通过连接任意波形发生器和校准接收机，启动校准程序遍历所有通道状态CHS_x，将校准数据(即电路微调控制量，表示为D_x)按照设计好的结构存储到硬盘文件；2、启动仪器开启程序加载数据文件；3、根据仪器设置的信号数据频率和输出幅度要求调用校准数据，通过计算得到电路控制量，达到信号正确输出。

波形发生器校准时需将信号输出端口和校准接收机连接，同时通过网口或者是GPIB电缆将两台仪器连接成局域网，波形发生器端预先设置一组样本频点，如f₀、f₁……f_T-1，通过切换通道状态CHS_x和改变电路微调量D_x来改变信号的输出。波形发生器端通过远程控制指令读回接收机的测量结果，并以一定的结构存储起来。数据调用算法是以校准的样本频点为基准，一定范围内的所有频点都使用样本频点的数据。

如图2所示的通道状态CHS_x下f_x输出幅度和D_x，设定需要校准的幅度范围是0～3V，D_x的可调节范围是0～40。整体趋势V和D_x成正相关，D_x从0开始以5为步进递增，对应输出幅度为V_x。但由于硬件电路的频响特性不理想，在某些点会出现“凹凸”现象。常用的校准数据调用方式是：(1)设置频率阈值Δf，波形发生器输出信号频率为f，当|f-f_x|≤Δf时即调用f_x样本频点数据；(2)设置幅度阈值ΔV，波形发生器输出信号的幅度为V，当|V-V_x|≤ΔV时，调用V_x对应的D_x值，这样幅度的准确度要求越高，样本频点数据量要求越大。在实际应用中发现电路的频率响应特性一般情况无法达到理想曲线(图2的理想情况是单调上升的)，且样本频点数量有限，无法准确反映电路整个工作频段内所有频点的工作状态。采用上述方法输出的信号幅度误差较大，如图3所示，阴影部分的面积大小在一定程度上反映了误差大小。

发明内容

本发明的目的在于提出一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法，该方法充分考虑电路的频率响应特性，合理运用校准数据之间存在的线性关系，以保证任意波形发生器输出信号的精确控制。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法，其特征在于，校准样本频点有T个，分别为f₀、f₁、f₂…f_T-1，其中，f₀＜f₁＜f₂…＜f_T-1，则[f₀，f_T-1]范围为工作频段；

设工作频段中有两组相邻频点校准数据，分别为样本频点f_p-1和样本频点f_p，0＜p＜T，输出频率f与样本频点f_p-1和样本频点f_p之间满足f_p-1≤f≤f_p；

定义输出频率f的幅度为V，样本频点f_p-1和样本频点f_p中数据个数分别为M和N；

样本频点f_p-1的数据为：微调控制量D_p-1,0…D_p-1,a-1…D_p-1，M-1，其对应的幅度由小到大依次为V_p-1,0，…V_p-1,a-1…V_p-1，M-1，其中，1＜a＜M；

样本频点f_p的数据为：微调控制量D_p，0…D_p，b-1…D_p，N-1，其对应的幅度由小到大依次为V_p，0…V_p，b-1…V_p，N-1，其中，1＜b＜N；

(1)设置通道状态为CHS_k，0≤k＜L，L为通道状态的数量；

(2)查找在样本频点f_p-1幅度数据中是否存在位置i，使V_p-1,i-1≤V≤V_p-1,i，满足0＜i＜M；若不满足边界条件，则执行步骤(4)；

(3)查找在样本频点f_p幅度数据中是否存在位置j，使V_p，j-1≤y≤V_p，j，满足0＜j＜N；若不满足边界条件，则执行步骤(4)；

(4)切换通道为下一个状态CHS_k+1；若k+1≥L，表明遍历了所有通道状态，直接返回控制量计算失败信息，并转到步骤(8)，否则重新确认相邻样本频点f_p-1和样本频点f_p，使得输出频率f与样本频点f_p-1和样本频点f_p之间满足f_p-1≤f≤f_p，返回步骤(2)；

(5)若信号频率为f_p-1、幅度为V时，则微调控制量D_p-1为：

$D_{p-1}=D_{p-1,i-1}+(V-V_{p-1,i-1})\×\frac{(D_{p-1,i}-D_{p-1,i-1})}{(V_{p-1,i}-V_{p-1,i-1})};$

(6)若信号频率为f_p、幅度为y时，则微调控制量D_p为：

$D_p=D_{p,j-1}+(V-V_{p,j-1})\×\frac{(D_{p,j}-D_{p,j-1})}{(V_{p,j}-V_{p,j-1})};$

(7)输出频率为f、幅度为V的信号，其电路微调控制量D的计算方法为：

D＝D_p-1+(D_p-D_p-1)×(f-f_p-1)/(f_p-f_p-1)；

(8)结束。

本发明具有如下优点：

1、本发明充分利用样本数据之间的线性关系和硬件电路响应的“趋同”特性，计算出的幅度控制量更接近电路实际情况，利于提高幅度控制量计算的精确度；

2、本发明还提高了对校准数据的利用率，无需大量的样本频点就可精确控制信号输出，在一定程度上也缩短了波形发生器校准所需时间。

附图说明

图1为任意波形发生器的信号输出电路示意图；

图2为CHS_x状态下样本频点f_x输出幅度和控制量D_x的关系图；

图3为现有校准数据调用方法与实际情况存在的误差示意图；

图4为CHS_x状态下不同样本频点输出幅度和控制量D_x的关系图；

图5为本发明中线性计算方法与实际情况存在的误差示意图；

图6为本发明中一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明充分考虑不同频点之间的关系和同一电路对工作频段内不同频点响应的“趋同性”。“趋同性”是指若电路对工作范围内频点f_p-1响应有“凹凸”现象，则工作范围内频点f_p的响应也会在相应处有“凹凸”现象且形状相似，如图4所示，可有效降低误差。

结合图6所示，一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法，校准样本频点有T个，分别为f₀、f₁、f₂…f_T-1，其中，f₀＜f₁＜f₂…＜f_T-1，则[f₀，f_T-1]范围为工作频段。

设工作频段中有两组相邻频点校准数据，分别为样本频点f_p-1和样本频点f_p，0＜p＜T，输出频率f与样本频点f_p-1和样本频点f_p之间满足f_p-1≤f≤f_p。

频点值越接近，曲线相似度越高，计算结果误差越小。

定义输出频率f的幅度为V，样本频点f_p-1和样本频点f_p中数据个数分别为M和N；

样本频点f_p-1的数据为：微调控制量D_p-1,0…D_p-1,a-1…D_p-1,M-1，其对应的幅度由小到大依次为V_p-1,0，…V_p-1,a-1…V_p-1,M-1，其中，1＜a＜M；

样本频点f_p的数据为：微调控制量D_p，0…D_p，b-1…D_p，N-1，其对应的幅度由小到大依次为V_p，0…V_p，b-1…V_p，N-1，其中，1＜b＜N；

(1)设置通道状态为CHS_k，0≤k＜L，L为通道状态的数量；

(2)查找在样本频点f_p-1幅度数据中是否存在位置i，使V_p-1,i-1≤V≤V_p-1,i，满足0＜i＜M；若不满足边界条件，则执行步骤(4)；

其中，不满足边界条件是指幅度y超出样本频点f_p-1可输出的幅度范围。

(3)查找在样本频点f_p幅度数据中是否存在位置j，使V_p，j-1≤V≤V_p，j，满足0＜j＜N；若不满足边界条件，则执行步骤(4)；

其中，不满足边界条件是指幅度V超出样本频点f_p可输出的幅度范围。

(4)切换通道为下一个状态CHS_k+1；若k+1≥L，表明遍历了所有通道状态，直接返回控制量计算失败信息，并转到步骤(8)，否则重新确认相邻样本频点f_p-1和样本频点f_p，使得输出频率f与样本频点f_p-1和样本频点f_p之间满足f_p-1≤f≤f_p，返回步骤(2)；

(5)若信号频率为f_p-1、幅度为V时，则微调控制量D_p-1为：

$D_{p-1}=D_{p-1,i-1}+(V-V_{p-1,i-1})\×\frac{(D_{p-1,i}-D_{p-1,i-1})}{(V_{p-1,i}-V_{p-1,i-1})};$

(6)若信号频率为f_p、幅度为V时，则微调控制量D_p为：

$D_p=D_{p,j-1}+(V-V_{p,j-1})\×\frac{(D_{p,j}-D_{p,j-1})}{(V_{p,j}-V_{p,j-1})};$

(7)输出频率为f、幅度为V的信号，其电路微调控制量D的计算方法为：

D＝D_p-1+(D_p-D_p-1)×(f-f_p-1)/(f_p-f_p-1)；

(8)结束。

其中，上述步骤(5)和步骤(6)通过采用线性计算方法，计算相邻频点输出该幅度为V时的电路控制量D_p-1和D_p。由图5和图3对比可以看出，线性计算方法明显比阈值计算方法要精确的多，反应在图上即图5中阴影部分的面积远远小于图3中阴影部分的面积。

上述步骤(7)则是考虑到“趋同”效应，理论上f的曲线应该处于f_p-1样本频点曲线和f_p样本频点曲线之间且曲线形状近似，且f大小接近f_p时，f的响应曲线也更加接近f_p样本频点曲线。根据同一通道状态对工作频段内不同频率响应的线性相关性特征，采用线性计算方法使得计算结果接近理论曲线的数值。

通过上述对比可以看出，本发明相比于现有的方法，其优势主要体现在：

(1)提高计算的准确度，通过两种方式实现：

a.样本频点f_p-1、f_p数据不在采用简单的数据查找，而是通过线性计算，降低误差；b.充分利用电路“趋同”特性，充分考虑电路频率响应特性，计算结果更加接近真实情况。

(2)所需样本的数量少，缩短了波形发生器校准所需时间。

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教导下，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 (1)

1.一种任意波形发生器幅度校准数据的调用方法，其特征在于，校准样本频点有T个，分别为f₀、f₁、f₂…f_T-1，其中，f₀<f₁<f₂…<_T-1，则[f₀,f_T-1]范围为工作频段；

设工作频段中有两组相邻频点校准数据，分别为样本频点f_p-1和样本频点f_p，0<p<T，输出频率f与样本频点f_p-1和样本频点f_p之间满足f_p-1≤f≤f_p；

定义输出频率f的幅度为V，样本频点f_p-1和样本频点f_p中数据个数分别为M和N；

样本频点f_p-1的数据为：微调控制量D_p-1,0…D_p-1,a-1…D_p-1,M-1，其对应的幅度由小到大依次为V_p-1,0,…V_p-1,a-1…V_p-1,M-1，其中，1<a<M；

样本频点f_p的数据为：微调控制量D_p,0…D_p,b-1…D_p,N-1，其对应的幅度由小到大依次为V_p,0…V_p,b-1…V_p,N-1，其中，1<b<N；

(1)设置通道状态为CHS_k，0≤k<L，L为通道状态的数量；

(2)查找在样本频点f_p-1幅度数据中是否存在位置i，使V_p-1,i-1≤V≤V_p-1,i，满足0<i<M；若不满足边界条件，则执行步骤(4)；

(3)查找在样本频点f_p幅度数据中是否存在位置j，使V_p,j-1≤V≤V_p,j，满足0<j<N；若不满足边界条件，则执行步骤(4)；

(4)切换通道为下一个状态CHS_k+1；若k+1≥L，表明遍历了所有通道状态，直接返回控制量计算失败信息，并转到步骤(8)，否则重新确认相邻样本频点f_p-1和样本频点f_p，使得输出频率f与样本频点f_p-1和样本频点f_p之间满足f_p-1≤f≤f_p，返回步骤(2)；

(5)若信号频率为f_p-1、幅度为V时，则微调控制量D_p-1为：

$D_{p-1}=D_{p-1,i-1}+(V-V_{p-1,i-1})\&times;\frac{(D_{p-1,i}-D_{p-1,i-1})}{(V_{p-1,i}-V_{p-1,i-1})};$

(6)若信号频率为f_p、幅度为V时，则微调控制量D_p为：

$D_p=D_{p,j-1}+(V-V_{p,j-1})\&times;\frac{(D_{p,j}-D_{p,j-1})}{(V_{p,j}-V_{p,j-1})};$

(7)输出频率为f、幅度为V的信号，其电路微调控制量D的计算方法为：

D＝D_p-1+(D_p-D_p-1)×(f-f_p-1)/(f_p-f_p-1)；

(8)结束。