基于數(shù)字頻率合成技術(shù)的高速任意波形發(fā)生器的
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率增大了1倍，相當(dāng)于采樣時鐘的頻率提高了1倍，大大提高儀器性能。12位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路邏輯上等同于3片74F157。奇偶數(shù)據(jù)選擇電路的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將從波形存儲器中讀取的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，由于最高時鐘頻率為100 MHz，所以D/A轉(zhuǎn)換器選擇速率為125百萬次/秒的AD975。根據(jù)采樣定律輸出信號的基波頻率將低于所用的參考時鐘頻率的一半，在本方案中采樣時鐘最高頻率為100 MHz，一個任意波形最少可由4個點構(gòu)成，并且每個時鐘周期讀取兩個波形數(shù)據(jù)，因此所輸出的任意波形信號的最高頻率為50 MHz。上述電路中，15位同步二進(jìn)制地址計數(shù)器、24位鎖存器、12位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路及相關(guān)控制電路也可由高速CPLD實現(xiàn)。
1.3 濾波器設(shè)計
經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后的信號通常含有較多的時鐘成分及較為陡峭的躍變邊緣，為了減少輸出波形的抖動、抑制高次諧波，在任意波形發(fā)生器的設(shè)計中選擇有效的濾波器就顯得非常重要，高速任意波形發(fā)生器即能輸出正弦波，又可輸出三角波、鋸齒波、脈沖波以及任意波型，因此要根據(jù)不同頻段和波形來選擇不同性能的濾波器，橢圓(Elliptic)濾波器具有陡峭的過渡特性，適合用作正弦波的輸出濾波器，三角波、鋸齒波和任意波具有豐富的頻譜，因此要求濾波器在通帶范圍內(nèi)具有良好的幅頻特性，以保證信號通過濾波器后即不產(chǎn)生失真，又能濾去雜散信號。橢圓濾波器對正弦波以外的其他波形會產(chǎn)生劇烈的振鈴，而具有線形相位的高斯(Gaussian)濾波器可以滿足這些要求，在本方案中由于任意波形發(fā)生器的采樣時鐘可變，因此它的低通濾波器的截止頻率也必須變化，否則在有些頻段就不起濾波作用，或者是在高頻段有用信號會被衰減，為此本設(shè)計方案中采用截止頻率為25 MHz、50 MHz的七階橢圓濾波器以及截止頻率為20 MHz高斯濾波器，由單片機(jī)根據(jù)不同情況編程選擇。圖5給出了截止頻率為50 MHz的七階橢圓濾波器以及截止頻率為20 MHz高斯濾波器的電路。
1.4 GPIB接口設(shè)計
盡管目前在智能儀器中有許多新的接口標(biāo)準(zhǔn)，比如USB、LAN等，但是GPIB(General Purpose Interface Bus)接口仍然是業(yè)界公認(rèn)的智能儀器標(biāo)準(zhǔn)接口，在本方案中采用GPIB接口由PC機(jī)向任意波形發(fā)生器下載數(shù)據(jù)，并可通過GPIB總線遠(yuǎn)程控制任意波形發(fā)生器，GPIB接口電路由采用NI公司的NAT7210 GPIB專用集成電路和TI公司生產(chǎn)的GPIB總線驅(qū)動器SN75160以及SN75162構(gòu)成，NAT7210輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的GPIB格式數(shù)據(jù)，符合IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)，GPIB總線驅(qū)動器的作用是增強(qiáng)接口的驅(qū)動能力。NAT7210與SN75160、SN75161以及單片機(jī)之間的連接方法參見文獻(xiàn)。
2 高速任意波形發(fā)生器的軟件設(shè)計
高速任意波形發(fā)生器的軟件包括PC機(jī)部分的波形編輯及下載軟件以及儀器內(nèi)部的單片機(jī)控制軟件兩部分，波形編輯及下載軟件具備各種任意波形編輯能力，例如直線編輯方式、曲線編輯方式、公式編輯方式、調(diào)制波形編輯方式。波形編輯及下載軟件能夠通過GPIB接口與任意波形發(fā)生器通信完成任意波形數(shù)據(jù)的下載及儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。儀器內(nèi)部的單片機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)采用經(jīng)典的主程序循環(huán)和中斷服務(wù)模式，其流程圖如圖6所示。儀器加電后，首先進(jìn)行自檢和軟、硬件的初始化，再進(jìn)入主程序的循環(huán)，主程序的循環(huán)是等待中斷處理的過程，它依據(jù)中斷請求判斷中斷源，開中斷并轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷處理子程序，完成對應(yīng)操作或硬件控制。
3 結(jié)束語
經(jīng)過對完成的任意波形發(fā)生器樣機(jī)進(jìn)行測試，采用該方案的任意波形發(fā)生器能夠輸出低至10 MHz、高達(dá)50 MHz的任意波形，輸出波形穩(wěn)定，無波形數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，通過PC機(jī)上的波形編輯軟件，能夠產(chǎn)生種類豐富的任意波形，可廣泛應(yīng)用在國防、科研、教育及工業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域。
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