CN212392871U - 相位可调的和频波形发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种相位可调的和频波形发生器，包括：模数转换电路，设置至少两路，适于将采样的模拟信号转换成数字信号；等精度测频模块，与模数转换电路电连接，适于对模数转换电路转换的数字信号进行频率测量；和频浮点运算模块，与等精度测频模块电连接，适于对等精度测频模块输出的测频参数进行浮点运算；数字合成模块，与和频浮点运算模块电连接。本实用新型通过使用多路模数转换电路传输信号实现了多输入信号的同步处理，通过等精度测频模块实现高频和低频具有相同的高精度；通过和频浮点运算模块提高输出和频信号的精度；通过数字合成模块使输出频率分辨率高，且整体运行功耗低、频率切换速度快，频率切换时输出信号的相位连续。

Description

相位可调的和频波形发生器

技术领域

本实用新型涉及波形发生器系统领域，具体涉及相位可调的和频波形发生器。

背景技术

信号发生器的应用范围很广，在生产生活实践和科学技术领域都有所体现。各种波形曲线可以用三角函数方程来表示。功能信号发生器应用范围很广，在电路实验和设备检测都有很大的用途，例如通信，广播电视系统需要射频(高频) 发射。在工业，农业，生物医学等领域，如高频感应加热，熔化，淬火，超声波诊断，核磁共振成像等都需要功率大或小，频率或高或低的振荡器。

功能信号发生器是各种测试和实验中必不可少的工具。功能信号发生器在通信，雷达，控制等领域的应用也十分的广泛，并且所发挥的作用也是十分巨大的。无论是生产，研究还是教学，信号发生器是电子工程师信号模拟实验的最优选择。此外，信号发生器的设计方法，设计技术更加先进，随着中国经济技术的快速发展，相应的测试仪器和测试方法的要求也越来越高，信号发生器已成为一种重要的测试仪器，所以信号发生器的发展具有重要意义。

但现有的信号发生器，往往不能满足调节相位，难以满足高频和低频的相同精度要求，且在频率分辨率、输出频点以及频率切换速度上难以达到使用要求。

因此，需要一种信号发生器，在提高频率分辨率、输出频点以及频率切换速度的同时，能满足高频和低频的相同精度，且相位可调。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种相位可调的和频波形发生器。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种相位可调的和频波形发生器，包括：

模数转换电路，设置至少两路，适于将采样的模拟信号转换成数字信号；

等精度测频模块，与模数转换电路电连接，适于对模数转换电路转换的数字信号进行频率测量；

和频浮点运算模块，与等精度测频模块电连接，适于对等精度测频模块输出的测频参数进行浮点运算；

数字合成模块，与和频浮点运算模块电连接，适于对和频浮点运算模块输出的频率之和进项数字波形输出。

还包括FPGA核心板；所述等精度测频模块、和频浮点运算模块、数字合成模块设置在FPGA核心板内。

数字合成模块包括依次连接相位累加器模块、波形存储器；数字合成模块还包括标准参考频率源；标准参考频率源与相位累加器连接。

相位累加器模块包括相互连接N位加法器和N位相位寄存器；标准参考频率源与N位加法器连接；N位相位寄存器与波形存储器连接。

所述数字合成模块还包括与波形存储器连接的数模转换电路；标准参考频率源与数模转换电路电连接。

还包括低通滤波电路；所述低通滤波电路与数模转换电路电连接。

采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：

(1)本实用新型通过使用多路模数转换电路传输信号实现了多输入信号的同步处理，且模数转换器可以实现对模拟信号的高质量的数字化，实现对信号的数字处理，降低信号传输观测的误差度.通过等精度测频模块是实现高频和低频具有相同的高精度；通过和频浮点运算模块提高输出和频信号的精度，并通过数字合成模块是输出频率分辨率高，且整体运行功耗低、频率切换速度快，频率切换时输出信号的相位连续。

(2)本实用新型通过在FPGA核心板内增设依次连接的等精度测频模块、和频浮点运算模块和数字合成模块，具有高集成化的特点，且降低了成本。

(3)本实用新型通过使用低通滤波电路通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为DDS基本结构框图。

图3为本实用新型modelsim仿真图。

附图中标号为：模数转换电路1、等精度测频模块2、和频浮点运算模块 3、数字合成模块4、相位累加器4-1、N位加法器4-1-1、N位相位寄存器4-1- 2、波形存储器4-2、数模转换电路5、低通滤波电路6、FPGA核心板7。

具体实施方式

(实施例1)

见图1至3，一种相位可调的和频波形发生器，包括：模数转换电路1，设置至少两路，适于将采样的模拟信号转换成数字信号；等精度测频模块2，与模数转换电路1电连接，适于对模数转换电路1转换的数字信号进行频率测量；和频浮点运算模块3，与等精度测频模块2电连接，适于对等精度测频模块2输出的测频参数进行浮点运算。

上述相位可调的和频波形发生器还包括FPGA核心板7；等精度测频模块2、和频浮点运算模块3、数字合成模块4设置在FPGA核心板7内。其中，FPGA 核心板7采用cyclone芯片作为算法控制核心，不仅对模数转换电路1提供驱动时钟，还对输入信号进行等精度测频，也会将数字合成算法运算的输出信号传输给模数转换用以外部输出或者是将检测到的和频信息传输到外部设备；具有高集成化的特点，且降低了成本。

模数转换电路1的输入端可以连接CCD或CMOS探测器或零一集的信号发生器，通过设置多路模数转换电路1传输信号实现了多输入信号的同步处理，且模数转换器可以实现对模拟信号的高质量的数字化，实现对信号的数字处理，降低信号传输观测的误差度。

等精度测频模块2采用频率测量法或周期测量法对模数转换电路1输出的信号的频率进行预判断，以时钟频率50MHz为例，当待测信号的预检测频率高于系统时钟频率时，以系统时钟为闸对输入信号进行等精度测频，当预检测频率小于系统频率时，以输入信号为闸进行等精度测频，这样就可以保证输入信号无论是在高频还是低频段都具有一样的高精度；多路信号的检测与上述一路信号的频率检测处理方法相同且能同步进行，等精度测频模块2会持续不停的刷新并将检测的频率相关值传输到和频浮点运算模块3。

在和频浮点运算模块3中，会对双路或多路输入信号检测频率相关参数进行浮点数运算，以提高输出和频信号的精度，并转换成频率控制字K传输给数字合成模块4；频率控制字K仅仅由输入信号自身频率相关，与系统时钟频率无关。

数字合成模块4包括依次连接相位累加器模块、波形存储器4-2；数字合成模块4还包括与相位累加器连接的标准参考频率源；其中，波形存储器4-2适于存储量化的正弦波幅值，并适于被相位累加器用于寻址；在运行前，需对一个周期的正弦波连续信号，可以沿其相位轴方向，以等量的相位间隔对其进行相位/ 幅度采样，得到一个周期性的正弦信号的离散相位的幅度序列，对模拟幅度进行量化后的幅值采用二进制数据编码，这样就把一个周期的正弦波连续信号转换成一系列离散的二进制数字量，然后存入波形存储器4-2中，每个存储器单元的地址即是相位取样地址，存储单元的内容是已经量化了的正弦波幅值；因此，只需改变寻址的初始值就可实现输出信号的初相位改变，即通过改变波形存储器4-2中存储的正弦波幅值，实现相位可调功能。

相位累加器模块包括相互连接N位加法器4-1-1和N位相位寄存器4-1-2；标准参考频率源与N位加法器4-1-1连接；N位相位寄存器4-1-2与波形存储器 4-2连接；在运行时，在每个时钟脉冲到达时，N位相位寄存器4-1-2采用上个时钟周期内N位相位寄存器4-1-2的值与频率控制字K之和，并作为相位累加器在这一时钟周期的输出。

数字合成模块4还包括与波形存储器4-2连接的数模转换电路5，标准参考频率源与数模转换电路5连接；cyclone芯片为数模转换电路5提供驱动时钟；相位可调的和频波形发生器还低通滤波电路6；低通滤波电路6与数模转换电路5电连接；通过数模转换电路5和低通滤波电路6可实现模拟信号输出并传输到下级模块。

通过上述设置，整体模块频率分辨率高、输出频点多、频率切换速度快，可达μs量级且易于与系统集成。

使用时，具体包括以下步骤：

步骤一、先使用MATLAB输出正弦、锯齿、方波和三角波形一个周期的幅值并存入波形存储器4-2中。

步骤二、在多路模数转换电路1的输入端连接CCD或CMOS探测器或另一级的信号发生器，通过多路模数转换电路1将多输入信号的同步处理并传输到等精度测频模块2。

步骤三、等精度测频模块2对输入的多路信号进行同步预判断，确保无论高频还是低频都是高精度的测试要求并持续不停的刷新，将将检测的频率相关值传输到和频浮点运算模块3。

步骤四、和频浮点运算模块3对多路输入信号检测频率相关参数进行浮点数运算，以提高输出和频信号的精度，并输出频率控制字K至数字合成模块 4。

步骤五、数字合成模块4对频率控制字K在波形存储器4-2中进行寻址，具体为：在时钟脉冲的控制下，频率控制字K由累加器得到相应的相码；相码寻址波形存储器4-2进行相码—幅码变换输出不同的幅度编码。

步骤六、不同的幅度编码经过数模转换电路5得到相应的阶梯波，并金国低通滤波电路6对阶梯波进行平滑，最终输出连续变化的波形；见图3为 modelsim仿真图输出了连续变化的波形。

以上描述了本实验新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种更改或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种相位可调的和频波形发生器，其特征在于，包括：

模数转换电路(1)，设置至少两路，适于将采样的模拟信号转换成数字信号；

等精度测频模块(2)，与模数转换电路(1)电连接，适于对模数转换电路(1)转换的数字信号进行频率测量；

和频浮点运算模块(3)，与等精度测频模块(2)电连接，适于对等精度测频模块(2)输出的测频参数进行浮点运算；

数字合成模块(4)，与和频浮点运算模块(3)电连接，适于对和频浮点运算模块(3)输出的频率之和进行数字波形输出。

2.根据权利要求1的相位可调的和频波形发生器，其特征在于：还包括FPGA核心板(7)；所述等精度测频模块(2)、和频浮点运算模块(3)、数字合成模块(4)设置在FPGA核心板(7)内。

3.根据权利要求1的相位可调的和频波形发生器，其特征在于：数字合成模块(4)包括依次连接相位累加器(4-1)、波形存储器(4-2)；数字合成模块(4)还包括标准参考频率源；标准参考频率源与相位累加器(4-1)电连接。

4.根据权利要求3的相位可调的和频波形发生器，其特征在于：相位累加器(4-1)模块包括相互连接N位加法器(4-1-1)和N位相位寄存器(4-1-2)；标准参考频率源与N位加法器(4-1-1)连接；N位相位寄存器(4-1-2)与波形存储器(4-2)连接。

5.根据权利要求3的相位可调的和频波形发生器，其特征在于：所述数字合成模块(4)还包括与波形存储器(4-2)连接的数模转换电路(5)；标准参考频率源与数模转换电路(5)电连接。

6.根据权利要求5的相位可调的和频波形发生器，其特征在于：还包括低通滤波电路(6)；所述低通滤波电路(6)与数模转换电路(5)电连接。

Images