一种多通道任意波形编辑装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测试技术领域，具体涉及一种多通道任意波形编辑装置，包括多路并行设置的DDS频率合成通道，每一路所述DDS频率合成通道包括参数配置计算单元、参数定点化及传递单元、波形编辑合成单元和信号调理单元。本发明专利技术采用软件无线电技术，在PC端编辑波形序列，在DSP中进行参数计算，FPGA中并行传输和波形控制，可以实现多种规则的和非规则的波形信号的发生，采用改进型的DDS技术，大大消除了频率和脉宽误差，解决了现有DDS技术下脉宽调节分辨率不高的问题。

Multi channel arbitrary waveform editing device and method

The invention relates to the technical field of testing, in particular to a multi channel arbitrary waveform editing device, including DDS frequency synthesis channel arranged in parallel, each path of the DDS frequency synthesis channel including parameter calculation unit, configuration parameters and fixed-point transmission unit, waveform editing synthesis unit and signal conditioning unit. The invention adopts the software radio technology, edit the waveform sequence at PC end, calculate the parameters in DSP, parallel transmission and waveform control FPGA, waveform signal can achieve a variety of rules and irregular occurrence, using improved DDS technology, greatly eliminating frequency and pulse width error, solve the existing DDS technology the pulse width adjusting the resolution of problems.

【技术实现步骤摘要】
一种多通道任意波形编辑装置和方法
本专利技术涉及测试
，具体涉及一种多通道任意波形编辑装置和方法。
技术介绍
任意波形发生器(Arbitrarywaveformgenerator以下简称AWG)是一种多用途的信号激励源，其丰富的信号激励能力包括函数发生器、脉冲/脉冲串发生器、扫频发生器、触发发生器、宽带白噪声信号发生器和幅度调制源等。具有序列地址控制功能，能产生宽带数字调制信号和复杂模拟调制信号等，具有高集成度、高技术难度的特点。任意波形发生器一般采用直接数字频率合成(DDS)技术实现任意波形生成输出，产生信号的质量由高速D/A的采样率、垂直分辨率、波形存储长度、时钟质量等因素决定，由于高速DAC的采样速率一般都达到几个GHz，甚至几十GHz，垂直分辨率一般为8～14位，如果按照DAC采样时钟2.5GHz，垂直分辨率14位计算，那么DAC接口的瞬时速率可达到35Gbps，对于单路DDS而言，是无法提供这么高的数据吞吐量的，一般采用并发结构的DDS发生技术。根据公式1和奈奎斯特采样定理，DDS输出波形频率最大为0.5*fc，在实际电路中由于受杂散噪声和滤波器非理想性的限制，工程上一般取0.4*fc，所以输出波形的最大输出频率不超过采样时钟频率的40％。由于目前的AWG的信号产生部分主要采用FPGA+DAC+RAM的架构实现，因此，DDS波形最高输出频率由相位累加器、波形RAM和DAC等器件的工作速度决定。现有的DDS技术产生合成信号具有低成本、低功耗和快速转换时间等优点，但是高速脉冲波在现有DDS技术下脉宽调节分辨率不高，当采样率与合成信号频率之间关系不能整除时，会出现合成信号频率不稳的状况，尤其在产生高速方波和脉冲波信号时，脉冲宽度会有一个采样时钟周期的误差。这对于脉冲波形质量要求很高的用户来说这样的误差不容忽视。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术提供了一种多通道任意波形编辑装置，采用软件无线电技术，在PC端编辑波形序列，在DSP中进行参数计算，FPGA中并行传输和波形控制，可以实现多种规则的和非规则的波形信号的发生，采用改进型的DDS技术，解决了现有DDS技术下脉宽调节分辨率不高的问题，大大消除了频率和脉宽误差。本专利技术的多通道任意波形编辑装置，包括多路并行设置的DDS频率合成通道，每一路所述DDS频率合成通道包括参数配置计算单元、参数定点化及传递单元、波形编辑合成单元和信号调理单元；所述参数配置计算单元设置在上位机中，用于选择波形输出类型并配置波形参数，所述波形参数包括脉冲波上升时间、下降时间、脉冲宽度和信号频率；所述参数定点化及传递单元利用DSP将配置参数定点化，根据所述波形参数，计算上升沿数据、高电平数据、下降沿数据、低电平数据所需要的时变的频率控制字，并通过数据总线将该频率控制字传输到波形编辑及合成单元；所述波形编辑及合成单元利用FPGA编辑合成波形，包括时变非线性频率控制字模块和累加器模块，用于在波形编辑表中查找当前时刻的频率控制字，并参与波形的累加计算；所述信号调理单元通过DA转换器输出模拟信号，并对模拟信号进行信号调理。作为优选，所述DDS频率合成通道包括16路。作为优选，所述累加器模块采用64位相位累加器。本专利技术还公开了一种多通道任意波形编辑方法，包括如下步骤：步骤1：高速DAC对高速数据流进行模数转换，并对采样时钟进行分频和锁相处理，分为多路并行设置的DDS频率合成通道；步骤2：参数配置单元选择波形输出类型并配置波形参数，所述波形参数包括脉冲波上升时间、下降时间、脉冲宽度和信号频率；步骤3：参数定点化及传递单元利用DSP将配置参数定点化，根据所述波形参数，计算上升沿数据、高电平数据、下降沿数据、低电平数据所需要的时变的频率控制字，并通过数据总线将该频率控制字传输到波形编辑及合成单元；步骤4：波形编辑及合成单元利用FPGA编辑合成波形，包括时变非线性频率控制字模块和累加器模块，用于在波形编辑表中查找当前时刻的频率控制字，并参与波形的累加计算；步骤5：信号调理单元通过DA转换器输出模拟信号，并对模拟信号进行信号调理。本专利技术的多通道任意波形编辑装置和方法，具有如下优点：(1)采用多路改进型的DDS技术，大大消除了频率和脉宽误差，解决了现有DDS技术下脉宽调节分辨率不高的问题。(2)采用软件无线电技术，在PC端编辑波形序列，在DSP中进行参数计算，FPGA中并行传输和波形控制，可以实现多种规则的和非规则的波形信号的发生。(3)采用非线性脉宽成形技术，即采用非线性的频率控制增量来调节上升时间和下降时间，从而实现脉冲宽度的精密调节。附图说明图1为多路DDS并发结构的原理框图；图2为每一路改进型DDS频率合成通道的原理框图；图3为参数配置单元配置的脉冲波参数示意图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明：实施例1：如图1所示，本实施例以2.5GHz的高速DAC采样速率为例，对16路DDS并发结构的高速波形数据合成原理进行描述：2.5GHz采样高速DAC对高速数据流进行模数转换，同时对采样时钟进行分频处理，得到625MHz的分频时钟，送往FPGA的全局时钟脚，作为FPGA的全局系统时钟，然后对其进行分频和锁相处理，得到156.25MHz的稳定时钟信号。假设每一路DDS频率合成通道分别为P0、P1、P2、……、P14、P15，不尽量相同均为N，P则为多路DDS信号共同的初始相位，则通过调节步进量N，即可调节输出信号频率，通过调节初始相位P，即可调节信号的初始相位。在同一个156.25MHz时钟沿的驱动下，16路DDS单元所获得波形查找表的地址是不同的，从而通过查表的方式获得16路不同的波形数据，把第0路、2路、4路、……、14路的数据称为偶数路数据，偶数路数据在625MHz的时钟上升沿和下降沿的作用下合路成1.25GHz数据流，同理把第1路、3路、5路、……、15路的奇数路数据称为奇数路数据，奇数路数据在625MHz的时钟上升沿和下降沿的作用下合路成另外一路1.25GHz数据流，最终奇、偶两路1.25GHz的高速数据流送往DAC，经过DAC本身的串并转换得到2.5GHz的数据流进行模数转换，得到模拟信号。本实施例中的相位累加器采用64位，因此其频率分辨率可以达到2.5*109/264Hz，相位分辨率可达到2Pi/264度，可以实现信号的精密调节。若需要输出更高采样率的信号，也可以参照上述方法增大分频系数，并增加并行DDS分路数。本实施例采用了16路改进型的DDS技术，大大消除了频率和脉宽误差，提高了脉宽调节的分辨率，同时具有改进型DDS高效率和低功耗的特点。实施例2：如图2所示，本实施例的多通道任意波形编辑装置，包括多路并行设置的DDS频率合成通道，本实施例对每一路DDS频率合成通道的原理进行描述：本实施例的每一路DDS频率合成通道包括参数配置计算单元101、参数定点化及传递单元201、波形编辑合成单元301和信号调理单元401。参数配置计算单元101设置在上位机中，用于选择波形输出类型并配置波形参数，所述波形参数包括脉冲波上升时间、下降时间、脉冲宽度和信号频率。参数定点化及传递单元201利用DSP将配置参数定点化，根据所述波形参数，计算上升沿数据、高电平数据、下降沿数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多通道任意波形编辑装置，其特征在于：包括多路并行设置的DDS频率合成通道，每一路所述DDS频率合成通道包括参数配置计算单元、参数定点化及传递单元、波形编辑合成单元和信号调理单元；所述参数配置计算单元设置在上位机中，用于选择波形输出类型并配置波形参数，所述波形参数包括脉冲波上升时间、下降时间、脉冲宽度和信号频率；所述参数定点化及传递单元利用DSP将配置参数定点化，根据所述波形参数，计算上升沿数据、高电平数据、下降沿数据、低电平数据所需要的时变的频率控制字，并通过数据总线将该频率控制字传输到波形编辑及合成单元；所述波形编辑及合成单元利用FPGA编辑合成波形，包括时变非线性频率控制字模块和累加器模块，用于在波形编辑表中查找当前时刻的频率控制字，并参与波形的累加计算；所述信号调理单元通过DA转换器输出模拟信号，并对模拟信号进行信号调理。

【技术特征摘要】
1.一种多通道任意波形编辑装置，其特征在于：包括多路并行设置的DDS频率合成通道，每一路所述DDS频率合成通道包括参数配置计算单元、参数定点化及传递单元、波形编辑合成单元和信号调理单元；所述参数配置计算单元设置在上位机中，用于选择波形输出类型并配置波形参数，所述波形参数包括脉冲波上升时间、下降时间、脉冲宽度和信号频率；所述参数定点化及传递单元利用DSP将配置参数定点化，根据所述波形参数，计算上升沿数据、高电平数据、下降沿数据、低电平数据所需要的时变的频率控制字，并通过数据总线将该频率控制字传输到波形编辑及合成单元；所述波形编辑及合成单元利用FPGA编辑合成波形，包括时变非线性频率控制字模块和累加器模块，用于在波形编辑表中查找当前时刻的频率控制字，并参与波形的累加计算；所述信号调理单元通过DA转换器输出模拟信号，并对模拟信号进行信号调理。2.如权利要求1所述的一种多通道任意波形编辑装置，其特征在于：所述DDS频率合成通道包括16路。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：白云鹏，朱勇锋，周生奎，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37