CN110853612A - 一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统及方法 - Google Patents

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唐丽萍
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Abstract

本发明公开了一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统及方法，包括：FPGA和DAC分别与高速差分比较器连接，所述高速差分比较器的输出分别连接偏置调节电路和幅度调节电路。本发明使用了两路相位差180度正弦波进入高速比较器产生方波电路，极大地加快了上升时间，提高了仪器的性能。

Description

一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统及方法
技术领域
本发明涉及音频测试技术领域，尤其涉及一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
音频分析仪广泛应用于军事和民用领域，可为军用电台、潜艇声呐等装备提供音频频率响应、总谐波失真等的测试；同时又要产生高性能正弦波、方波、噪声激励信号提供测试；方波是音频测量领域重要的音频激励信号，一般取占空比为50％，电压幅度为1V，主要用于测试音频设备的瞬态响应。方波上升时间越短，频谱成分越丰富，信号质量越高，测试结果越准确，对设备的测试越充分。所以其上升时间是衡量方波性能的重要指标。
参照图1，目前音频分析仪中的方波信号产生原理是：由FPGA(现场可编程门阵列，Field-Programmable Gate Array)内DDS(直接数字式频率合成器，Direct DigitalSynthesizer)产生方波数字信号，输出给DAC(数字模拟转换器，Digital to analogconverter)，音频DAC将数字信号转换为方波模拟信号，方波模拟信号再经过调理电路后输出方波信号。
现有的由音频DAC直接输出方波信号的技术，受到DAC采样率、生产工艺等的一系列限制，方波信号上升时间在us级，一般为2～5us，已经无法再提升；且方波上升沿有振铃效应，限制了仪器指标的提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统及方法，能够解决方波上升时间慢和上升沿的振铃效应。
为实现上述目的，在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，包括：FPGA和DAC分别与高速差分比较器连接，所述高速差分比较器的输出分别连接偏置调节电路和幅度调节电路。
作为进一步地方案，所述偏置调节电路包括：双通道串行DAC，所述双通道串行DAC输出的线性电压值分别加到高速差分比较器输出的方波P和方波N，调节方波信号的偏置。
作为进一步地方案，所述幅度调节电路包括：双通道串行DAC输出的线性电压值，输入到运算放大器然后再由N沟道晶体管输出，调节方波信号的幅值。
作为进一步地方案，所述FPGA和DAC分别产生两路相位差为180°的正弦波信号。
作为进一步地方案，所述高速差分比较器的输出为：两路正弦波信号比较电平后输出的两路差分方波信号。
作为进一步地方案，当输出接口配置为平衡输出时，两路方波信号同时输出；当输出接口配置为非平衡时，输出P端方波，N端方波接地。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种音频高瞬态上升时间方波信号产生方法，包括：
通过FPGA和DAC，分别输出两路相位差为180°的正弦波信号；
两路正弦波信号分别输入高速差分比较器比较电平，输出两路差分方波信号；
调节方波信号的偏置和幅度，使方波信号上下幅度对称；
当输出接口配置为平衡输出时，两路方波信号同时输出；当输出接口配置为非平衡时，输出P端方波，N端方波接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用了两路相位差180度正弦波进入高速比较器产生方波电路，极大地加快了上升时间，提高了仪器的性能。
本发明使用了线性调节电路，方波的幅度分辨率受串行DAC位数影响，精度更高。
本发明缩短了音频方波的上升时间：原来方波的上升时间受到DAC采样率(192khz～384khz)制约，上升时间一般为2～5us,现在可以达到几十ns。
本发明消除了上升沿的振铃效应，方波的频谱成分更丰富，信号质量更高、对设备的测试更全面。
附图说明
图1为现有技术中方波产生系统结构示意图；
图2为本发明实施例中音频高瞬态上升时间方波信号产生系统结构示意图；
图3为本发明实施例中偏置调节电路和幅度调节电路的结构图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施例中，公开了一种音频高瞬态上升时间的方波信号产生系统，能够将音频的方波上升时间提升至ns级，并且消除了方波上升沿的振铃效应，极大的提高了仪器的性能。
参照图2，音频高瞬态上升时间的方波信号产生系统包括：FPGA和DAC分别与高速差分比较器连接，高速差分比较器的输出分别连接偏置调节电路和幅度调节电路。
其中，偏置调节电路和幅度调节电路的结构参照图3，偏置调节电路由16位双通道串行DAC输出线性电压值加到输出的P和N端，调节方波信号的偏置；幅度调节电路，首先是串行DAC输出一个线性电压值，输入到运算放大器然后再由N沟道晶体管输出，调节方波信号的幅度。
本发明首先使用FPGA和DAC产生失真度很低的两路相位差为180°的正弦波信号，进入高速差分比较器比较电平，输出两路差分方波信号。
本实施例中，由于音频输出有平衡接口，输出相位相反，因此选用了输出为差分输出的比较器，比较后的信号为差分输出。
输出的方波信号带偏置，上下不对称，使用两路串行DAC,调节方波的偏置和幅度使方波上下幅度对称。
当输出接口配置为平衡输出时，两路方波信号同时输出；当输出接口配置为非平衡时，输出P端方波，N端方波接地。
高速比较器的响应时间很快，在几ns到几十ns数量级，对应方波上升时间达到瞬态的几十ns。
实施例二
在一个或多个实施例中，公开了一种音频高瞬态上升时间的方波信号产生方法，包括：
通过FPGA和DAC，分别输出两路相位差为180°的正弦波信号；
两路正弦波信号分别输入高速差分比较器比较电平，输出两路差分方波信号；
调节方波信号的偏置和幅度，使方波信号上下幅度对称；
当输出接口配置为平衡输出时，将方波信号反相后两路同时输出；当输出接口配置为非平衡时，只输出其中一路方波信号。
本发明实施例使用了两路相位差180度正弦波进入高速比较器产生方波电路，极大地加快了上升时间，提高了仪器的性能。
本发明实施例使用了线性调节电路，方波的幅度分辨率受串行DAC位数影响，精度更高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，其特征在于，包括：FPGA和DAC分别与高速差分比较器连接，所述高速差分比较器的输出分别连接偏置调节电路和幅度调节电路。
2.如权利要求1所述的一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，其特征在于，所述偏置调节电路包括：双通道串行DAC，所述双通道串行DAC输出的线性电压值分别加到高速差分比较器输出的方波P和方波N，调节方波信号的偏置。
3.如权利要求2所述的一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，其特征在于，所述幅度调节电路包括：双通道串行DAC输出的线性电压值，输入到运算放大器然后再由N沟道晶体管输出，调节方波信号的幅值。
4.如权利要求1所述的一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，其特征在于，所述FPGA和DAC分别产生两路相位差为180°的正弦波信号。
5.如权利要求4所述的一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，其特征在于，所述高速差分比较器的输出为：两路正弦波信号比较电平后输出的两路差分方波信号。
6.如权利要求1所述的一种音频高瞬态上升时间方波信号产生系统，其特征在于，当输出接口配置为平衡输出时，两路方波信号同时输出；
当输出接口配置为非平衡时，只输出其中一路方波信号，另一路接地。
7.一种音频高瞬态上升时间方波信号产生方法，其特征在于，包括：
通过FPGA和DAC，分别输出两路相位差为180°的正弦波信号；
两路正弦波信号分别输入高速差分比较器比较电平，输出两路差分方波信号；
调节方波信号的偏置和幅度，使方波信号上下幅度对称；
当输出接口配置为平衡输出时，两路方波信号同时输出；
当输出接口配置为非平衡时，只输出其中一路方波信号，另一路接地。
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