CN110620570B - 一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，属于同步控制技术领域。所述系统包括精密时序产生组件、第一方波发生器、计算机控制模块，所述精密时序产生组件用于产生由时钟及多频率信号混合编码的数据，并以光数据流的方式提供给第一方波发生器；所述第一方波发生器用于根据光数据流中的时钟、编码频率和方波起点信息，并结合设置的频率、脉宽和幅值信息生成相应的低抖动脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。本发明方案能够将多种频率信号与时钟信号进行混合编码以光数据流的形式进行传输，保证了方波脉冲信号的低抖动特性。该方案高效简洁，可广泛应用于各类固体激光装置、医疗设备、高速电路测试等的研究测试。
Description
技术领域
本发明属于同步控制技术领域，具体涉及一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，可应用于各类固体激光装置、医疗设备、高速电路测试等的研究测试。
背景技术
方波脉冲信号广泛应用于工业控制、大型试验装置和医疗设备等中，主要用于各类电子器件、机电器件、光电器件等的触发启动控制，其中方波边沿的抖动决定着器件触发启动的抖动，方波的脉宽决定着器件的控制时长，因此一个低抖动脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号至关重要。目前现有的技术中方波信号的产生主要是通过设置微控制器的计数周期产生，由于受到微控制器计数频率的限制，这种产生方式的脉宽无法实现高分辨率，且抖动也无法控制，因此无法满足一些特殊或特定要求的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，该系统产生的方波脉冲信号具有低抖动、脉宽高分辨率可调的特点，并且可根据应用需要扩展连接多台方波发生器，产生多路同步的方波脉冲信号。
本发明采用的技术方案如下：
一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，所述系统包括精密时序产生组件(1)、第一方波发生器(2)和计算机控制模块(14)，所述精密时序产生组件(1)用于产生由时钟及多频率信号混合编码的数据，并以光数据流的方式提供给第一方波发生器(2)；
所述第一方波发生器(2)用于根据光数据流中的时钟、编码频率和方波起点信息，并结合通过计算机控制模块(14)设置的频率、脉宽和幅值信息，生成相应的低抖动脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。
进一步的，所述精密时序产生组件1包括用于提供时钟信号的外参考时钟源11、时钟及多频率信号编码模块12和数据流光扇出模块13；
所述外参考时钟源11的参考时钟输出端与时钟及多频率信号编码模块12、数据流光扇出模块13依次连接；
所述第一方波发生器2包括时钟及多频率信号恢复模块15、锁相倍频器16、频率和方波起点获取模块17、频率、脉宽和幅值设置模块18、方波脉宽数据产生模块19、增益控制电压产生模块20、高速并串转换模块21、低抖动可调增益放大器22；
所述数据流光扇出模块13的光数据流输出端与所述时钟及多频率信号恢复模块15的输入端连接，所述时钟及多频率信号恢复模块15用于从光数据流中恢复出时钟信号和数据信号；所述时钟及多频率信号恢复模块15的时钟输出端与所述锁相倍频器16连接，用于输出从光数据流中恢复的时钟信号；所述时钟及多频率信号恢复模块15的时钟输出端和数据输出端同时与所述频率和方波起点获取模块17的输入端连接，用于输出从光数据流中恢复的时钟信号和数据信号；
所述计算机控制模块14和所述频率、脉宽和幅值设置模块18的输入端通信连接，用于对目标输出方波的频率信息、脉宽信息和幅值信息进行设置、并提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块18；
所述频率、脉宽和幅值设置模块18的频率输出端与所述频率和方波起点获取模块17的输入端连接，用于向所述频率和方波起点获取模块17提供设置的频率信息；所述频率、脉宽和幅值设置模块18的脉宽输出端与所述方波脉宽数据产生模块19的输入端连接，用于向所述方波脉宽数据产生模块19提供相应的脉宽信息；所述频率、脉宽和幅值设置模块18的幅值输出端与所述增益控制电压产生模块20的输入端连接，用于向所述增益控制电压产生模块20提供幅值信息。
进一步的，所述时钟信号为由外参考时钟源11提供的参考时钟，所述数据信号为所述时钟及多频率信号编码模块12提供的多频率信号数据，包括编码频率信号和对应的方波起点信号；
进一步的，所述方波脉宽数据产生模块19的脉宽输出端与所述锁相倍频器16的高频时钟输出端同时与所述高速并串转换模块21的输入端连接，用于向所述高速并串转换模块21提供高频时钟和方波信号的脉宽；
所述高速并串转换模块21的输出端与所述低抖动可调增益放大器22的输入端连接，用于向所述低抖动可调增益放大器22提供具有设定频率和脉宽的方波信号；同时所述增益控制电压产生模块20的控制电压输出端也与所述低抖动可调增益放大器22的输入端连接，用于对该具有设定频率和脉宽的方波信号的幅值进行放大，从而输出幅值放大后的方波信号。
进一步的，当所述方波产生系统需要多路独立并行的方波脉冲信号时，可以通过扩展级联多个第n方波发生器3，用于实现并产生多路同步对齐、低抖动且脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。
进一步的，所述第n方波发生器3的结构与第一方波发生器2的模块结构一致。
进一步的，恢复出的数据信号所包含的编码频率信号和对应的方波起点信号在所述频率和方波起点获取模块17中被提取出来，该编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息进行对比判断，当所述编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息相同时，所述频率和方波起点获取模块17将该频率对应的方波起点信号开始输出并提供给所述方波脉宽数据产生模块19；
所述方波脉宽数据产生模块19在接收到方波起点信号后，将所述频率、脉宽和幅值设置模块18输出的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，即某一长度的单位“1”，并提供给所述高速并串转换模块21；
所述锁相倍频器16将经过倍频处理后得到高频时钟并提供给所述高速并串转换模块21，所述高速并串转换模块21在高频时钟的作用下，将所述方波脉宽数据产生模块19提供的输出脉宽的并行数据做串行输出，形成具有设定频率和脉宽的方波信号。
另一方面，本发明还提供了一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生方法，所述方法基于前述任一低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统实现，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，初始化，由外参考时钟源11产生并输出参考时钟；
步骤S2，将外参考时钟源11输出的参考时钟与多频率信号编码模块12提供的多频率信号数据进行混合编码后、通过数据流光扇出模块13转换为光数据流、然后以光数据流的形式扇出传播；
步骤S3，通过计算机控制模块14对目标方波信号的频率、脉宽和幅值进行设置，并将设置的方波信号的频率、脉宽和幅值信息提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块18；所述频率、脉宽和幅值设置模块18并根据设置的方波信号的频率、脉宽和幅值信息产生方波脉冲信号的频率、脉宽和幅值控制信息；
步骤S4，所述频率和方波起点获取模块17根据频率控制信息确认方波脉冲起点信号，所述方波脉宽数据产生模块19根据脉宽控制信息以及方波脉冲信号的起点生成具有设定频率和脉宽信息的方波信号；
步骤S5，所述低抖动可调增益放大器22接收具有设定频率和脉宽的方波信号、同时从所述增益控制电压产生模块20接收幅值控制信息后产生增益控制电压，并控制所述低抖动可调增益放大器22的增益，从而控制具有设定频率和脉宽的方波信号的输出幅值，最终将输出符合目标幅值、脉宽、频率的低抖动脉宽高分辨率可调的方波信号。
进一步的，所述步骤S3包括：
S3.1，通过计算机控制模块14对目标方波信号的频率、脉宽和幅值进行设置、并提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块18；
S3.2，所述频率、脉宽和幅值设置模块18在获取到目标方波信号的频率、脉宽和幅值信息后，分别将频率信息、脉宽信息和幅值信息提供给所述频率和方波起点获取模块17、所述方波脉宽数据产生模块19和增益控制电压产生模块20；
S3.2，所述频率和方波起点获取模块17、所述方波脉宽数据产生模块19和增益控制电压产生模块20在分别收到频率信息、脉宽信息和幅值信息生成相应的频率控制信息、脉宽控制信息和幅值控制信息。
进一步的，所述步骤S4包括：
S4.1，所述时钟及多频率信号恢复模块15将恢复出的时钟信号经过锁相倍频器16进行倍频得到高频时钟，并提供给高速并串转换模块21；
S4.2，所述时钟及多频率信号恢复模块15恢复的时钟信号和数据信号提供给所述频率和方波起点获取模块17，恢复的数据信号所包含的编码频率信号和对应的方波起点信号被所述频率和方波起点获取模块17提取出来，将该编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息进行对比判断，当所述编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息相同时，所述频率和方波起点获取模块17将该频率对应的方波起点信号输出并提供给所述方波脉宽数据产生模块19；
S4.3，在接收到方波起点信号后，所述方波脉宽数据产生模块19将所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，即某一长度的“1”；
S4.4，所述高速并串转换模块21在锁相倍频器16提供的高频时钟的作用下，将输出脉宽的并行数据串行输出，形成具有设定脉宽和频率的方波信号，此时该方波信号的幅值固定且较低；
进一步的，步骤S4.3中所述方波脉宽数据产生模块19将所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，具体转换方法如下：
步骤4.3.1，根据频率、脉宽和幅值设置模块18输出的脉宽信息和锁相倍频器16输出的高频时钟计算脉宽对应高电平的长度。具体说明，若脉宽信息为Width，高频时钟周期为Tp，则脉宽对应高电平的长度为Lh＝(Width/Tp)。
步骤S4.3.2，根据高速并串转换模块21的位宽计算脉宽数据的组成情况：若高速并串转换模块21的位宽为Wd，设Lw＝(Lh/Wd)的取整，则脉宽数据组成为Lw个全位宽为“1”的并行数据和(Lh-Lw*Wd)个“1”，其余为“0”的并行数据；
步骤S4.3.3，在时钟及多频率信号恢复模块15产生的参考时钟的作用下，将脉宽数据依次送出到高速并串转换模块21。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明提出的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，能够将多种频率信号与时钟信号进行混合编码以光数据流的形式进行传输，方波发生器从光数据流中提取参考时钟信息，并作为基准时钟信号，之后将基准时钟信号倍频成高频信号，并在高频信号的作用下通过并串转换模块输出方波脉冲信号；因为基准时钟、高频时钟均是同步对齐的，且方波脉冲信号是在高频时钟的作用下产生，所以保证了方波脉冲信号的低抖动特性。同时光数据流也具备强大的级联特性。
2.本发明提出的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，方波发生器将方波数据在高频时钟的作用下通过并串转换输出出去，方波脉宽的分辨率由高频时钟的频率决定，产生的方波信号具备脉宽高分辨率可调的特性。
3.本发明提出的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，该方案高效简洁，可广泛应用于各类固体激光装置、医疗设备、高速电路测试等的研究测试。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明中低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统实施例框图。
其中，1-精密时序产生组件、2-第一方波发生器、3-第n方波发生器、11-外参考时钟源、12-时钟及多频率信号编码模块、13-数据流光扇出模块、14-计算机控制模块、15-时钟及多频率信号恢复模块、16-锁相倍频器、17-频率和方波起点获取模块、18-频率、脉宽和幅值设置模块、19-方波脉宽数据产生模块、20-增益控制电压产生模块、21-高速并串转换模块、22-低抖动可调增益放大器。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
本发明实施例1提供的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，系统主要由精密时序产生组件和至少一个方波发生器组成。精密时序产生组件产生由时钟及多频率信号混合编码的光数据流，该光数据流包含频率和方波起点信息，并提供给方波发生器。所述方波发生器用于根据频率和方波起点信息、结合设置的频率、脉宽和幅值量、生成低抖动脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。
具体而言所述低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，如图1所示，包括精密时序产生组件1、第一方波发生器2和计算机控制模块14；所述精密时序产生组件1用于产生由时钟及多频率信号混合编码的数据，并以光数据流的方式提供给第一方波发生器2；所述第一方波发生器2根据光数据流中的时钟、编码频率和方波起点信息，并结合设置的频率、脉宽和幅值信息，生成相应的低抖动脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。
所述精密时序产生组件1包括用于提供时钟信号的外参考时钟源11、时钟及多频率信号编码模块12和数据流光扇出模块13；
其中，外参考时钟源11的参考时钟输出端与时钟及多频率信号编码模块12、数据流光扇出模块13依次连接；
所述时钟及多频率信号编码模块12用于将外参考时钟源11提供的时钟信号与多频率信号数据通过编码模块进行混合编码后通过数据流光扇出模块13转换为光数据流、并以光数据流的形式扇出传播。其中所述多频率信号数据包括编码频率信号和对应的方波起点信号等，并且所述光数据流具备低抖动扇出能力，更有效用于长距离数据传输方案中，所以该方波发生器系统具备可扩展性；基于上述元件与模块的共同作用，所述精密时序产生组件1能够提供由时钟及多频率信号数据混合编码的光数据流并用于后续的方波调制处理。
所述第一方波发生器2包括时钟及多频率信号恢复模块15、锁相倍频器16、频率和方波起点获取模块17、频率、脉宽和幅值设置模块18、方波脉宽数据产生模块19、增益控制电压产生模块20、高速并串转换模块21、低抖动可调增益放大器22；
所述数据流光扇出模块13的光数据流输出端与所述时钟及多频率信号恢复模块15的输入端连接，所述时钟及多频率信号恢复模块15用于从光数据流中恢复出时钟信号和数据信号，所述时钟信号为由外参考时钟源11提供的参考时钟，所述数据信号为所述时钟及多频率信号编码模块12提供的多频率信号数据，包括编码频率信号和对应的方波起点信号；所述时钟及多频率信号恢复模块15的时钟输出端与所述锁相倍频器16连接，用于输出从光数据流中恢复得到的时钟信号；所述时钟及多频率信号恢复模块15的时钟输出端和数据输出端同时与所述频率和方波起点获取模块17的输入端连接，用于输出从光数据流中恢复的时钟信号和数据信号；
所述计算机控制模块14和所述频率、脉宽和幅值设置模块18的输入端通信连接，用于对目标输出方波的频率信息、脉宽信息和幅值信息进行设置、并提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块18；
所述频率、脉宽和幅值设置模块18的频率输出端与所述频率和方波起点获取模块17的输入端连接，用于向所述频率和方波起点获取模块17提供设置的频率信息；所述频率、脉宽和幅值设置模块18的脉宽输出端与所述方波脉宽数据产生模块19的输入端连接，用于向所述方波脉宽数据产生模块19提供相应的脉宽信息；所述频率、脉宽和幅值设置模块18的幅值输出端与所述增益控制电压产生模块20的输入端连接，用于向所述增益控制电压产生模块20提供幅值信息。
所述方波脉宽数据产生模块19的脉宽输出端与所述锁相倍频器16的高频时钟输出端同时与所述高速并串转换模块21的输入端连接，用于向所述高速并串转换模块21提供高频时钟和方波信号的脉宽；
所述高速并串转换模块21的输出端与所述低抖动可调增益放大器22的输入端连接，用于向所述低抖动可调增益放大器22提供具有设定频率和脉宽的方波信号；同时所述增益控制电压产生模块20的控制电压输出端也与所述低抖动可调增益放大器22的输入端连接，用于对该具有设定频率和脉宽的方波信号的幅值进行放大，从而输出幅值放大后的方波信号，即所述第一方波发生器2输出最终调整后的方波信号。
通过以上模块和元件的共同作用，所述方波产生系统能够产生具有低抖动、脉宽高分辨率可调等特点的目标方波脉冲信号。
在一个实施例中，当所述方波产生系统需要多路独立并行的方波脉冲信号时，可以通过扩展级联多个方波发生器，如图1所示。在精密时序产生组件1的光数据流输出端并联第n方波发生器3(所述n为大于1的整数)，所有级联的方波发生器都从该光数据流中提取时钟信号和数据信号，并结合所述计算机控制模块14的方波信息设置，可实现并产生多路同步对齐、低抖动且脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。在一个实施例中，所述第n方波发生器3的结构与第一方波发生器2的模块结构一致。
实施例2
本实施例2用于对前述实施例中各模块之间进行的数据传输和处理方式做进一步的详细说明。在该低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统中，所述计算机控制模块14与所述频率、脉宽和幅值设置模块18进行通信连接，用于设置目标输出方波的频率、脉宽和幅值信息。所述频率、脉宽和幅值设置模块18在获取到目标方波信号的频率、脉宽和幅值信息后，分别将频率信息、脉宽信息和幅值信息提供给所述频率和方波起点获取模块17、所述方波脉宽数据产生模块19和增益控制电压产生模块20。
所述时钟及多频率信号恢复模块15用于接收从所述数据流光扇出模块13扇出的光数据流，并从光数据流中恢复出参考时钟信号和数据信号；所述数据信号为所述时钟及多频率信号编码模块12提供的多频率信号数据，包括编码频率信号和对应的方波起点信号。
之后，所述时钟及多频率信号恢复模块15将恢复出的参考时钟信号提供给所述锁相倍频器16进行时钟倍频得到高频时钟信号，同时所述时钟及多频率信号恢复模块15还将恢复出的参考时钟信号和数据信号提供给所述频率和方波起点获取模块17。
恢复出的数据信号所包含的编码频率信号和对应的方波起点信号在所述频率和方波起点获取模块17中被提取出来，该编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息进行对比判断，当所述编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息相同时，所述频率和方波起点获取模块17将该频率对应的方波起点信号开始输出并提供给所述方波脉宽数据产生模块19。所述方波脉宽数据产生模块19在接收到方波起点信号后，将所述频率、脉宽和幅值设置模块18输出的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，即某一长度的单位“1”，并提供给所述高速并串转换模块21；
所述锁相倍频器16将经过倍频处理后得到高频时钟并提供给所述高速并串转换模块21，所述高速并串转换模块21在高频时钟的作用下，将所述方波脉宽数据产生模块19提供的输出脉宽的并行数据做串行输出，形成具有设定频率和脉宽的方波信号，而此时得到的方波信号幅值固定且较低。
因此所述高速并串转换模块21将具有设定频率和脉宽的方波信号提供给所述低抖动可调增益放大器22，所述低抖动可调增益放大器22接收该信号幅值固定且较低的具有设定频率和脉宽的方波信号、同时从所述增益控制电压产生模块20接收幅值信息后产生增益控制电压、并控制所述低抖动可调增益放大器22的增益，从而控制具有设定频率和脉宽的方波信号的输出幅值，最终将输出符合目标幅值、脉宽、频率的低抖动脉宽高分辨率可调的方波信号。
实施例3
本实施例提供了一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生的方法，所述方法是基于前述任一低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统实现的。所述方法包括如下步骤：
步骤S1，初始化，由外参考时钟源11产生并输出参考时钟；
步骤S2，将外参考时钟源11输出的参考时钟与多频率信号编码模块12提供的多频率信号数据进行混合编码后、通过数据流光扇出模块13转换为光数据流、然后以光数据流的形式扇出传播；
其中所述多频率信号数据包括编码频率信号和对应的方波起点信号等；
通过上述步骤能够提供稳定的参考时钟、保证广空间范围内时钟信号的低衰减传递、并以光数据流的形式提供给后续步骤的方波调制处理。
步骤S3，通过计算机控制模块14对目标方波信号的频率、脉宽和幅值进行设置，并将设置的方波信号的频率、脉宽和幅值信息提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块18；所述频率、脉宽和幅值设置模块18并根据设置的方波信号的频率、脉宽和幅值信息产生方波脉冲信号的频率、脉宽和幅值控制信息；
进一步的，所述步骤S3具体包括：
S3.1，通过计算机控制模块14对目标方波信号的频率、脉宽和幅值进行设置、并提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块18；
S3.2，所述频率、脉宽和幅值设置模块18在获取到目标方波信号的频率、脉宽和幅值信息后，分别将频率信息、脉宽信息和幅值信息提供给所述频率和方波起点获取模块17、所述方波脉宽数据产生模块19和增益控制电压产生模块20；
S3.2，所述频率和方波起点获取模块17、所述方波脉宽数据产生模块19和增益控制电压产生模块20在分别收到频率信息、脉宽信息和幅值信息生成相应的频率控制信息、脉宽控制信息和幅值控制信息。
步骤S4，所述频率和方波起点获取模块17根据频率控制信息确认方波脉冲起点信号，所述方波脉宽数据产生模块19根据脉宽控制信息以及方波脉冲信号的起点生成具有设定频率和脉宽信息的方波信号；
具体而言，所述步骤S4包括：
S4.1，所述时钟及多频率信号恢复模块15将恢复出的时钟信号经过锁相倍频器16进行倍频得到高频时钟，并提供给高速并串转换模块21；
S4.2，所述时钟及多频率信号恢复模块15恢复的时钟信号和数据信号提供给所述频率和方波起点获取模块17，恢复的数据信号所包含的编码频率信号和对应的方波起点信号被所述频率和方波起点获取模块17提取出来，将该编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息进行对比判断，当所述编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的频率信息相同时，所述频率和方波起点获取模块17将该频率对应的方波起点信号输出并提供给所述方波脉宽数据产生模块19；
S4.3，在接收到方波起点信号后，所述方波脉宽数据产生模块19将所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，即某一长度的“1”；
S4.4，所述高速并串转换模块21在锁相倍频器16提供的高频时钟的作用下，将输出脉宽的并行数据串行输出，形成具有设定脉宽和频率的方波信号，此时该方波信号的幅值固定且较低；
进一步的，所述步骤S4.3中，所述方波脉宽数据产生模块19将所述频率、脉宽和幅值设置模块18提供的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，具体转换方法如下：
步骤4.2.1：根据频率、脉宽和幅值设置模块18输出的脉宽信息和锁相倍频器16输出的高频时钟计算脉宽对应高电平的长度。具体说明，若脉宽信息为Width，高频时钟周期为Tp，则脉宽对应高电平的长度为Lh＝(Width/Tp)。
步骤S4.2.2：根据高速并串转换模块21的位宽计算脉宽数据的组成情况。在一个实施例中所述计算方式为：若高速并串转换模块21的位宽为Wd，设Lw＝(Lh/Wd)的取整，则脉宽数据组成为Lw个全位宽为“1”的并行数据和(Lh-Lw*Wd)个“1”，其余为“0”的并行数据。
步骤S4.2.3：在时钟及多频率信号恢复模块15产生的参考时钟的作用下，将脉宽数据依次送出到高速并串转换模块21。
S5，所述低抖动可调增益放大器22接收具有设定频率和脉宽的方波信号、同时从所述增益控制电压产生模块20接收幅值控制信息后产生增益控制电压，并控制所述低抖动可调增益放大器22的增益，从而控制具有设定频率和脉宽的方波信号的输出幅值，最终将输出符合目标幅值、脉宽、频率的低抖动脉宽高分辨率可调的方波信号。
综上所述，本发明提供的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法，能够将多种频率信号与时钟信号进行混合编码以光数据流的形式进行传输，方波发生器从光数据流中提取参考时钟信息，并作为基准时钟信号，之后将基准时钟信号倍频成高频信号，并在高频信号的作用下通过并串转换模块输出方波脉冲信号；因为基准时钟、高频时钟均是同步对齐的，且方波脉冲信号是在高频时钟的作用下产生，所以保证了方波脉冲信号的低抖动特性，同时光数据流也具备强大的级联特性，产生的方波信号具备脉宽高分辨率可调的特性。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (11)
1.一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，所述系统包括精密时序产生组件(1)、第一方波发生器(2)和计算机控制模块(14)，所述精密时序产生组件(1)用于产生由时钟及多频率信号混合编码的数据，并以光数据流的方式提供给第一方波发生器(2)；
所述第一方波发生器(2)用于根据光数据流中的时钟、编码频率和方波起点信息，并结合通过计算机控制模块(14)设置的频率、脉宽和幅值信息，生成相应的低抖动脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号；
所述精密时序产生组件(1)包括用于提供时钟信号的外参考时钟源(11)、时钟及多频率信号编码模块(12)和数据流光扇出模块(13)；
所述第一方波发生器(2)包括时钟及多频率信号恢复模块(15)、锁相倍频器(16)、频率和方波起点获取模块(17)、频率、脉宽和幅值设置模块(18)、方波脉宽数据产生模块(19)、增益控制电压产生模块(20)、高速并串转换模块(21)、低抖动可调增益放大器(22)；
所述数据流光扇出模块(13)的光数据流输出端与所述时钟及多频率信号恢复模块(15)的输入端连接，所述时钟及多频率信号恢复模块(15)用于从光数据流中恢复出时钟信号和数据信号；所述时钟及多频率信号恢复模块(15)的时钟输出端与所述锁相倍频器(16)连接，用于输出从光数据流中恢复的时钟信号；所述时钟及多频率信号恢复模块(15)的时钟输出端和数据输出端同时与所述频率和方波起点获取模块(17)的输入端连接，用于输出从光数据流中恢复的时钟信号和数据信号；
所述计算机控制模块(14)和所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)的输入端通信连接，用于对目标输出方波的频率信息、脉宽信息和幅值信息进行设置、并提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)；
所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)的频率输出端与所述频率和方波起点获取模块(17)的输入端连接，用于向所述频率和方波起点获取模块(17)提供设置的频率信息；所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)的脉宽输出端与所述方波脉宽数据产生模块(19)的输入端连接，用于向所述方波脉宽数据产生模块(19)提供相应的脉宽信息；所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)的幅值输出端与所述增益控制电压产生模块(20)的输入端连接，用于向所述增益控制电压产生模块(20)提供幅值信息。
2.如权利要求1所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，
所述外参考时钟源(11)的参考时钟输出端与时钟及多频率信号编码模块(12)、数据流光扇出模块(13)依次连接。
3.如权利要求2所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，所述时钟信号为由外参考时钟源(11)提供的参考时钟，所述数据信号为所述时钟及多频率信号编码模块(12)提供的多频率信号数据，包括编码频率信号和对应的方波起点信号。
4.如权利要求2或3所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，所述方波脉宽数据产生模块(19)的脉宽输出端与所述锁相倍频器(16)的高频时钟输出端同时与所述高速并串转换模块(21)的输入端连接，用于向所述高速并串转换模块(21)提供高频时钟和方波信号的脉宽；
所述高速并串转换模块(21)的输出端与所述低抖动可调增益放大器(22)的输入端连接，用于向所述低抖动可调增益放大器(22)提供具有设定频率和脉宽的方波信号；同时所述增益控制电压产生模块(20)的控制电压输出端也与所述低抖动可调增益放大器(22)的输入端连接，用于对该具有设定频率和脉宽的方波信号的幅值进行放大，从而输出幅值放大后的方波信号。
5.如权利要求2或3所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，当所述方波产生系统需要多路独立并行的方波脉冲信号时，可以通过扩展级联多个第n方波发生器(3)，用于实现并产生多路同步对齐、低抖动且脉宽高分辨率可调的方波脉冲信号。
6.如权利要求5所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，所述第n方波发生器(3)的结构与第一方波发生器(2)的模块结构一致。
7.如权利要求6所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统，其特征在于，恢复出的数据信号所包含的编码频率信号和对应的方波起点信号在所述频率和方波起点获取模块(17)中被提取出来，该编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)提供的频率信息进行对比判断，当所述编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)提供的频率信息相同时，所述频率和方波起点获取模块(17)将该频率对应的方波起点信号开始输出并提供给所述方波脉宽数据产生模块(19)；
所述方波脉宽数据产生模块(19)在接收到方波起点信号后，将所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)输出的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，即某一长度的单位“1”，并提供给所述高速并串转换模块(21)；
所述锁相倍频器(16)将经过倍频处理后得到高频时钟并提供给所述高速并串转换模块(21)，所述高速并串转换模块(21)在高频时钟的作用下，将所述方波脉宽数据产生模块(19)提供的输出脉宽的并行数据做串行输出，形成具有设定频率和脉宽的方波信号。
8.一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生方法，所述方法基于前述任一权利要求所述的低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，初始化，由外参考时钟源(11)产生并输出参考时钟；
步骤S2，将外参考时钟源(11)输出的参考时钟与多频率信号编码模块(12)提供的多频率信号数据进行混合编码后、通过数据流光扇出模块(13)转换为光数据流、然后以光数据流的形式扇出传播；
步骤S3，通过计算机控制模块14对目标方波信号的频率、脉宽和幅值进行设置，并将设置的方波信号的频率、脉宽和幅值信息提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)；所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)并根据设置的方波信号的频率、脉宽和幅值信息产生方波脉冲信号的频率、脉宽和幅值控制信息；
步骤S4，所述频率和方波起点获取模块(17)根据频率控制信息确认方波脉冲起点信号，所述方波脉宽数据产生模块(19)根据脉宽控制信息以及方波脉冲信号的起点生成具有设定频率和脉宽信息的方波信号；
步骤S5，所述低抖动可调增益放大器(22)接收具有设定频率和脉宽的方波信号、同时从所述增益控制电压产生模块(20)接收幅值控制信息后产生增益控制电压，并控制所述低抖动可调增益放大器(22)的增益，从而控制具有设定频率和脉宽的方波信号的输出幅值，最终将输出符合目标幅值、脉宽、频率的低抖动脉宽高分辨率可调的方波信号。
9.如权利要求8所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S3.1，通过计算机控制模块(14)对目标方波信号的频率、脉宽和幅值进行设置、并提供给所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)；
S3.2，所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)在获取到目标方波信号的频率、脉宽和幅值信息后，分别将频率信息、脉宽信息和幅值信息提供给所述频率和方波起点获取模块(17)、所述方波脉宽数据产生模块(19)和增益控制电压产生模块(20)；
S3.2，所述频率和方波起点获取模块(17)、所述方波脉宽数据产生模块(19)和增益控制电压产生模块(20)在分别收到频率信息、脉宽信息和幅值信息生成相应的频率控制信息、脉宽控制信息和幅值控制信息。
10.如权利要求9所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S4.1，所述时钟及多频率信号恢复模块(15)将恢复出的时钟信号经过锁相倍频器(16)进行倍频得到高频时钟，并提供给高速并串转换模块(21)；
S4.2，所述时钟及多频率信号恢复模块(15)恢复的时钟信号和数据信号提供给所述频率和方波起点获取模块(17)，恢复的数据信号所包含的编码频率信号和对应的方波起点信号被所述频率和方波起点获取模块(17)提取出来，将该编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)提供的频率信息进行对比判断，当所述编码频率信号与所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)提供的频率信息相同时，所述频率和方波起点获取模块(17)将该频率对应的方波起点信号输出并提供给所述方波脉宽数据产生模块(19)；
S4.3，在接收到方波起点信号后，所述方波脉宽数据产生模块(19)将所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)提供的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，即某一长度的“1”；
S4.4，所述高速并串转换模块(21)在锁相倍频器(16)提供的高频时钟的作用下，将输出脉宽的并行数据串行输出，形成具有设定脉宽和频率的方波信号，此时该方波信号的幅值固定且较低。
11.如权利要求10所述的一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生方法，其特征在于，步骤S4.3中所述方波脉宽数据产生模块(19)将所述频率、脉宽和幅值设置模块(18)提供的脉宽信息转换为输出脉宽的并行数据，具体转换方法如下：
步骤4.3.1，根据频率、脉宽和幅值设置模块(18)输出的脉宽信息和锁相倍频器(16)输出的高频时钟计算脉宽对应高电平的长度；具体说明，若脉宽信息为Width，高频时钟周期为Tp，则脉宽对应高电平的长度为Lh＝(Width/Tp)；
步骤S4.3.2，根据高速并串转换模块(21)的位宽计算脉宽数据的组成情况：若高速并串转换模块(21)的位宽为Wd，设Lw＝(Lh/Wd)的取整，则脉宽数据组成为Lw个全位宽为“1”的并行数据和(Lh-Lw*Wd)个“1”，其余为“0”的并行数据；
步骤S4.3.3，在时钟及多频率信号恢复模块(15)产生的参考时钟的作用下，将脉宽数据依次送出到高速并串转换模块(21)。
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Families Citing this family (3)
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| CN114967838B (zh) * | 2022-05-23 | 2023-07-11 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种广空间超低抖动同步信号产生系统及方法 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105811970A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-07-27 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种多通道任意波形发生系统 |
| CN107210736A (zh) * | 2015-02-12 | 2017-09-26 | Ifm电子股份有限公司 | 操作电容传感器的脉冲发生器的方法及脉冲发生器 |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6774692B2 (en) * | 2001-06-25 | 2004-08-10 | Hanyang Hak Won Co., Ltd. | Apparatus and method for providing square wave to atomic force microscope |
| CN105226990A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-06 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种高效泵浦脉冲整形电源系统及方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107210736A (zh) * | 2015-02-12 | 2017-09-26 | Ifm电子股份有限公司 | 操作电容传感器的脉冲发生器的方法及脉冲发生器 |
| CN105811970A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-07-27 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种多通道任意波形发生系统 |
| CN109687853A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 意法半导体股份有限公司 | 脉冲宽度调制电路、对应的设备和方法 |
| CN109143971A (zh) * | 2018-10-26 | 2019-01-04 | 上海理工大学 | 一种基于方波脉冲编码器反馈信号的误差补偿器及方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| 单次快前沿电脉冲信号的远距离低抖动传输;党钊 等;《仪器仪表学报》;20110515;第32卷(第5期);第1196-1200页 * |
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