CN108768350B - 上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，包括如下步骤：(A)产生两个完全一样的正弦波信号；(B)根据上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2对其中一个正弦波进行削峰处理；根据下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2对另一个正弦波进行削峰处理；(C)将上述两个准方波在幅度坐标上进行上下移动使得准方波的中心处为零；(D)然后乘以相应的增益将其幅度进行归一化；(E)通过开关对上升沿以及下降沿的方波进行选通，获得可调上升沿和下降沿的方波。通过对两个相同的正弦波进行处理，从而实现了输出方波上升沿和下降沿的独立准确的调节，同时，使用该方法产生方波准确性高且非常方便。

Description

上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法
技术领域
本发明涉及电子测试测量技术领域，特别涉及一种上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法。
背景技术
现有技术中，采用数字方式实现方波的方案基本上都是采用计数器方式产生的。采用这种方案，当设置的方波周期与脉冲宽度为采样周期的整数倍时，产生的方波是稳定的，但如果不是整数倍的时候，某些方案不能实现，另一些方案虽然能够实现但是会造成方波存在抖动。还有一些采用模拟比较器来产生方波，这种方案很难对方波的上升沿和下降沿进行独立准确的调节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，能够产生稳定的方波且方波的上升沿和下降沿均可以独立准确的调节。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，包括如下步骤：(A)根据频率控制字FCW，控制直接数字式频率合成器产生两个完全一样的正弦波信号；(B)计算上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2，并根据这两个门限值对其中一个正弦波进行削峰处理得到第一准方波；计算下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2，并根据这两个门限值对另一个正弦波进行削峰处理得到第二准方波；(C)根据直流分量大小，将上述第一、第二准方波在幅度坐标上进行上下移动使得第一、第二准方波的中心处为零；(D)将移动后的第一、第二准方波乘以相应的增益将其幅度进行归一化；(E)通过开关对上升沿以及下降沿的方波进行选通，从而获得可调上升沿和下降沿的方波。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：通过对两个相同的正弦波进行处理，得到第一、第二准方波，然后取第一准方波的上升沿作为输出方波的上升沿，第二准方波的下降沿作为输出方波的下降沿，从而实现了输出方波上升沿和下降沿的独立准确的调节，同时，使用该方法产生方波准确性高且非常方便。
附图说明
图1是上升沿时间幅度关系示意图；
图2是对正弦波进行削峰、移动、归一化处理示意图；
图3是不同的上升沿和下降沿实现示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图3，对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1-图3，一种上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，包括如下步骤：(A)根据频率控制字FCW，控制直接数字式频率合成器产生两个完全一样的正弦波信号，即两个正弦波信号频率、幅度、相位完全一致。所述的频率控制字FCW＝(f/fs)·2N，所产生正弦波表达式如下：
Figure BDA0001670784210000021
通过直接数字式频率合成器产生的正弦波，其幅度已经经过归一化，在实际FPGA定点实现中，其幅度为2的N次方，因此需要将所有归一化的幅度都乘以2的N次方并取整。(B)计算上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2，并根据这两个门限值对其中一个正弦波进行削峰处理得到第一准方波；计算下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2，并根据这两个门限值对另一个正弦波进行削峰处理得到第二准方波，第一、第二准方波已经具备方波的大部分特性。(C)根据直流分量大小，将上述第一、第二准方波在幅度坐标上进行上下移动使得第一、第二准方波的中心处为零；(D)将移动后的第一、第二准方波乘以相应的增益将其幅度进行归一化；(E)通过开关对上升沿以及下降沿的方波进行选通，从而获得可调上升沿和下降沿的方波，图3中所示的就是对第一、第二准方波进行选通后得到所选方波的过程，所选方波的上升沿就是左边上方的波形中选出的，方波的下降沿是左边下方的波形中选出的。通过对两个相同的正弦波进行处理，得到第一、第二准方波，然后取第一准方波的上升沿作为输出方波的上升沿，第二准方波的下降沿作为输出方波的下降沿，从而实现了输出方波上升沿和下降沿的独立准确的调节，同时，使用该方法产生方波准确性高且非常方便。
参阅图1，优选地，所述的步骤B中，根据以下公式计算上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2：
THRr1＝cos-1[(PW-tr)/2]；THRr2＝cos-1[(PW+tr)/2]；
根据以下公式计算下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2：
THRf1＝cos-1[(PW-tf)/2]；THRf2＝cos-1[(PW+tf)/2]；
其中，上述公式中的PW为方波脉冲宽度，tr为上升时间，tf为下降时间。
上述的上升或下降时间理想状态下为0％～100％，实际中常用的有10％～90％时间，20％～80％的时间，为兼容该时间，可以将上升时间或下降时间定为p％～(100％-p％)时间。此时将0％～100％时间定义为t′r，故而有：
Figure BDA0001670784210000031
因此，上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2实际为：
Figure BDA0001670784210000032
Figure BDA0001670784210000041
同理，下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2实际为：
Figure BDA0001670784210000042
Figure BDA0001670784210000043
由于根据门限削峰产生的方波，其含有直流分量，因此需要根据门限计算相应的直流分量。这里优选地，所述的步骤C中，上升沿波形的直流分量Dr和下降沿波形的直流分量Df按如下公式计算得出：
Dr＝(THRr1+THRr2)/2，Df＝(THRf1+THRf2)/2。
根据门限削峰产生的方波，其幅度相比于原始的正弦波明显变小，因此需要进行放大，其放大增益可以根据门限计算出。故这里优选地，所述的步骤D中，第一准方波归一化增益Gr和第二准方波归一化增益Gf按如下公式计算得出：
Gr＝1/(THRr1-THRr2)；Gf＝1/(THRf1-THRf2)。
为了降低边缘起伏，可以级联高斯滤波器。由于高斯滤波器的特性，使得其在对脉冲整形过程中在平缓边沿的基础上最大程度保存了脉冲信号的特征。因此，这里采用高斯滤波器对脉冲的突变部分整形使得其更为平滑，从而使得方波具有更好的稳定性。故本发明中优选地，所述的步骤E后还包括步骤F：(F)将合成后的方波经过一个冲击响应为h(t)的高斯低通滤波器后输出，其中响应函数如下：
Figure BDA0001670784210000044
具体地，所述步骤B的削峰处理即：令正弦波中大于上幅度门限值的部分均等于上幅度门限值，令正弦波中小于下幅度门限值的部分均等于下幅度门限值，正弦波中介于上幅度门限值和下幅度门限值之间的部分不变。削峰处理的效果可参见图2左侧的图，可以很直观的看出正弦波经过削峰处理后的波形。

Claims (8)

1.一种上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，包括如下步骤：
(A)根据频率控制字FCW，控制直接数字式频率合成器产生两个完全一样的正弦波信号；
(B)计算上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2，并根据这两个门限值对其中一个正弦波进行削峰处理得到第一准方波；计算下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2，并根据这两个门限值对另一个正弦波进行削峰处理得到第二准方波；
(C)根据直流分量大小，将上述第一、第二准方波在幅度坐标上进行上下移动使得第一、第二准方波的中心处为零；
(D)将移动后的第一、第二准方波乘以相应的增益将其幅度进行归一化；
(E)通过开关对上升沿以及下降沿的方波进行选通，从而获得可调上升沿和下降沿的方波。
2.如权利要求1所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述的步骤B中，根据以下公式计算上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2：
THRr1＝cos-1[(PW-tr)/2]；THRr2＝cos-1[(PW+tr)/2]；
根据以下公式计算下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2：
THRf1＝cos-1[(PW-tf)/2]；THRf2＝cos-1[(PW+tf)/2]；
其中，上述公式中的PW为方波脉冲宽度，tr为上升时间，tf为下降时间。
3.如权利要求1所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述的步骤C中，上升沿波形的直流分量Dr和下降沿波形的直流分量Df按如下公式计算得出：
Dr＝(THRr1+THRr2)/2，Df＝(THRf1+THRf2)/2。
4.如权利要求1所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述的步骤D中，第一准方波归一化增益Gr和第二准方波归一化增益Gf按如下公式计算得出：
Gr＝1/(THRr1-THRr2)；Gf＝1/(THRf1-THRf2)。
5.如权利要求1所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述的步骤E后还包括步骤F：
(F)将合成后的方波经过一个冲击响应为h(t)的高斯低通滤波器后输出，其中响应函数如下：
Figure FDA0001670784200000021
6.如权利要求2所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述的步骤B中，上升时间和下降时间为p％～(100％-p％)时，
根据以下公式计算上升沿的上、下幅度门限值THRr1、THRr2：
Figure FDA0001670784200000022
Figure FDA0001670784200000023
根据以下公式计算下降沿的上、下幅度门限值THRf1、THRf2：
Figure FDA0001670784200000024
Figure FDA0001670784200000025
7.如权利要求2所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述步骤B的削峰处理即：令正弦波中大于上幅度门限值的部分均等于上幅度门限值，令正弦波中小于下幅度门限值的部分均等于下幅度门限值，正弦波中介于上幅度门限值和下幅度门限值之间的部分不变。
8.如权利要求2所述的上下沿可独立调节的稳定性方波产生方法，其特征在于：所述的频率控制字FCW＝(f/fs)·2N，所产生正弦波表达式如下：
Figure FDA0001670784200000031
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