高速任意波形發(fā)生器的設(shè)計

任意波形發(fā)生器是目前電子測量儀器中發(fā)展最為快速的產(chǎn)品之一。它既可輸出標準函數(shù)信號，也可以產(chǎn)生由用戶定義的非標準函數(shù)波形(任意波形)信號，并且有豐富的模擬調(diào)制(AM，F(xiàn)M，PM)和數(shù)字調(diào)制(FSK，PSK)功能，能為不同的應(yīng)用領(lǐng)域提供各種標準或非標準信號，尤其在水下聲納、通信、雷達導航、電子對抗等裝備的研制、生產(chǎn)、維修中，是必不可少的信號發(fā)生器?；跀?shù)字頻率合成技術(shù)，給出高速任意
波形發(fā)生器的設(shè)計方案。

1 高速任意波形發(fā)生器的硬件設(shè)計
1．1 任意波形發(fā)生器的工作原理
目前任意波形發(fā)生器的產(chǎn)生有兩種方案，一種方案是采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)產(chǎn)生任意波形，工作原理如圖1所示。

一個標準的DDS電路應(yīng)當由以下幾部分構(gòu)成，既相位累加器、波形存儲器、D／A轉(zhuǎn)換器、低通或帶通濾波器構(gòu)成。任意波形數(shù)據(jù)預(yù)先通過人機接口寫入波形存儲器中，相位累加器的作用是根據(jù)輸入的頻率控制字對參考振蕩器輸出的時鐘相位進行采樣。當相位累加器的步長為K時。任意波形的輸出頻率

式中，F(xiàn)s為固定采樣時鐘頻率，n為相位累加器長度，改變頻率控制字K，就可以改變DDS的輸出頻率。
采用DDS技術(shù)構(gòu)成的任意波形發(fā)生器具有輸出頻率分辨率高、頻率改變相位連續(xù)等優(yōu)點，但也存在兩個重要缺陷。首先是當相位累加器的相位增量步長較大時，輸出波形將產(chǎn)生抖動；其次由于DDS技術(shù)不是逐點讀取波形存儲器中的數(shù)據(jù)，因此輸出波形會丟失許多有用的信息。

任意波形發(fā)生器的另外一種設(shè)計方案如圖2所示，其工作原理是任意波形發(fā)生器的時鐘通過使計數(shù)器加1來改變由計數(shù)器構(gòu)成的地址產(chǎn)生電路的輸出地址，計數(shù)器順序掃過波形存儲器中的每一個地址直到波形數(shù)據(jù)的末端，每個地址中的波形數(shù)據(jù)都被送至D／A轉(zhuǎn)換器中以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)為模擬信號，而后D／A轉(zhuǎn)換器的輸出信號還需經(jīng)過低通濾波器對D／A轉(zhuǎn)換器輸出信號的躍變邊緣進行平滑處理得到所需的任意波形。在這種方案中，所有波形數(shù)據(jù)都被送入D／A轉(zhuǎn)換器中，所以不會丟失波形數(shù)據(jù)，但要全部輸出波形存儲器中定義的波形數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且任意波形的輸出信號頻率可變，那么取樣時鐘的頻率就必需是可變的，這點與由DDS構(gòu)成的任意波形發(fā)生器有著明顯的區(qū)別。采用該方案任意波形的輸出頻率

式中，F(xiàn)s為可變采樣時鐘頻率。
使用該方案電路結(jié)構(gòu)簡單，能夠輸出復(fù)雜的任意波形，對于高速任意波形發(fā)生器最為適合。基于該方案的任意波形發(fā)生器采樣速率可達200百萬次／秒，任意波形的最高輸出頻率可以達到50 MHz。高速任意波形發(fā)生器波形總體電路的方框圖如圖3所示。

1．2 任意波形產(chǎn)生電路的設(shè)計
如圖4所示，一個完整的任意波形產(chǎn)生電路主要由時鐘發(fā)生電路、地址計數(shù)器、波形存儲器、鎖存器、奇偶數(shù)據(jù)選擇電路以及D／A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。