一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器，该基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器包括一个主数模转换模块，其为有效位数高的低速D/A转换器，负责正弦波形输出；以及一个高速D/A产生谐波抵消信号ξ(t)，用于抵消主数模转换模块产生的正弦波形中的谐波分量，两路信号通过加减运算电路进行减法运算后输出，最终得到谐波抵消后的正弦电压输出，该低杂散正弦信号发生器克服了现有技术中有效位数与转换速度不可兼得的缺陷，在有效地降低了正弦信号发生器产生的正弦波中的谐波分量的同时，能够保证正弦信号发生器的模数转换速度，获得波形畸变率较低的正弦波信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器
本专利技术涉及信号处理领域，具体的涉及一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器。
技术介绍
正弦电压源电路是一个以D/A转换器为核心，用矩形台阶拟合产生正弦波信号的电路。电路在时钟信号的驱动下周期性地将存储器中的数字序列送到D/A转换器，D/A转换器输出模拟正弦信号的阶梯电压，阶梯电压再经过低通滤波器(LPF)平滑后得到所需的正弦电压信号，正弦电压源电路的具体结构如图1所示。数字合成的正弦波电压为：当式(1)中的V1为D/A转换器参考电压，M为内插点数，i＝0,1,2,3,……,M，N是主数模转换器位数。可利用单位阶越函数u(t)，将式(1)表示为：令有：式(3)中的表示对截断取整。现有技术中的正弦电压源电路输出的正弦波电路波形如图2所示。和理想的正弦波电压信号相比，具有量化台阶的数字合成正弦波信号，将带来有效值误差和噪声电压。数字合成正弦波信号的谐波失真为：式(4)中的U1为基波有效值；Ui(i＝2,3,…n)为谐波有效值；UD为数字合成正弦波信号的电压的有效值；THDU用于表示正弦波信号的谐波失真率。数字合成正弦波信号的电压有效值为：由于公式(3)是一个奇函数，故可将其展成一个正弦级数：其中，用四舍五入函数R[]实现截断取整，有：基波和谐波的定量计算根据公式(8)计算，可得正弦信号基波和各次谐波分量[1]。表1M＝128，N＝16时基波和各次谐波分量kbkkbkkbkkbk19.995821533-3.40E-06652.00E-07971.30E-0631.86E-0635-1.80E-06672.40E-07995.10E-0651.50E-05377.80E-06694.80E-071011.40E-0672.13E-0639-8.10E-0671-6.50E-071032.30E-069-1.80E-06414.70E-0973-1.30E-07105-5.40E-07111.10E-0543-4.30E-06753.40E-07107-5.70E-07134.00E-0645-1.45E-06772.90E-081093.10E-06153.80E-06471.50E-0679-3.90E-07111-3.80E-0717-2.50E-0649-6.30E-07818.70E-071135.00E-07191.80E-05514.40E-0883-8.10E-071154.60E-0721-2.90E-06534.70E-0785-2.10E-061179.50E-0723-2.50E-0655-1.70E-07872.24E-09119-1.40E-07259.55E-0657-8.10E-0789-3.60E-061211.20E-07275.10E-06595.66E-07913.20E-061236.10E-07291.75E-05612.70E-0793-7.00E-071254.50E-08314.00E-06632.10E-0795-1.20E-061277.90E-02同时计算出数字合成正弦波电压有效值：UD＝7.07095247(V)(9)数字合成正弦波电压失真度：由此可见，若不采取措施，各谐波电压都在μV数量级，M-1次谐波电压约80mV，总噪声达到：增大内插点数M，正弦信号的基波和各次谐波情况如表2所示。表2内插点数M变化对基波和各次谐波影响情况根据表2可以看出，增大内插点数M，可以改善基波电压的相对误差，而且M-1次谐波分量也随着内插点数的增大而减小，但其它低次谐波没有明显改善。同样可以根据计算得出增大D/A位数可以改善数字合成正弦信号质量的结论。但是限于现阶段D/A芯片的指标水平，转换速率高的D/A有效位数低，有效位数高的D/A转换速率低。因此，不可能无限制的增加M和N的数值。
技术实现思路
针对现有技术中的这些缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器。其中，一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器，其特征在于：该基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器包括一个主数模转换模块，其为有效位数高的低速D/A转换器，负责正弦波形输出；以及一个高速数模转换模块产生谐波抵消信号ξ(t)，用于抵消主数模转换模块产生的正弦波形中的谐波分量，两路信号通过加减运算电路进行减法运算后输出，最终得到谐波抵消后的正弦电压输出；优选地，所述正弦信号发生器包括第一正弦波形数据存储器和第二正弦波形数据存储器，第一正弦波形数据存储器时钟信号为fclk，第二正弦波形数据存储器时钟信号为nfclk，第一正弦波形数据存储器与主模数转换模块相连，第二正弦波形数据存储器与高速模数转换模块相连；优选地，主数模转换模块与第一运算放大器的负输入端连接，高速数模转换模块与第二运算放大器的负输入端连接，第一、第二运算放大器的正极输入端接地，第一、第二运算放大器的负极输入端与其各自的输出端之间跨接有电阻。优选地，第一运算放大器的输出端通过电阻值为R的电阻连接至第三运算放大器的负极输入端，第二运算放大器的的输出端通过电阻值2NR的电阻连接至第三运算放大器的负极输入端，所述第三运算放大器的正极输入端接地，其输出端通过低通滤波器输出所要产生的正弦波信号。优选地，所述低通滤波器为一个五阶巴特沃斯低通滤波器，截止频率35kHz，其传递函数为：一种应用基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器的正弦信号产生方法，其特征在于：高速数模转换模块产生谐波抵消信号ξ(t)为：V1为主数模转换模块和高速数模转换模块的参考电压，M为内插点数，i＝0,1,2,3,……,M，N是主数模转换模块位数，j＝0,1,2，……，n，n为高速数模转换模块在区间内的内插点数，R[]表示通过四舍五入实现截断取整。本专利技术的优点在于克服了现有技术中在产生正弦波信号的过程中，模数转换模块有效位数与转换速度两者不能兼顾的缺陷，通过应用主数模转换模块和高速数模转换模块的并行输入，产生一抵消主数模转换模块产生的正弦波形中的谐波分量，从而在保证正弦信号发生器的模数转换速度的情况下，获得波形畸变率较低的正弦波信号，从而满足高速度高精度信号发生器的应用需求。附图说明图1现有技术中正弦电压源电路原理图图2现有技术中正弦电压源电路3bit数模转换后输出正弦波形图图3本专利技术的ξ(t)的信号波形图图4本专利技术的数模转换后一次截断的台阶信号模拟ξ(t)图5本专利技术的高速数模转换信号模拟ξ(t)图6本专利技术的谐波抵消电路原理图图7本专利技术的滤波器结构图图8本专利技术低通滤波器幅频特性具体实施方式结合具体实施例对本专利技术进行具体说明如下：对于现有技术中的缺陷，有必要寻找一种信号，其基波很小，叠加后不影响原数字合成正弦波信号的基波分量，其它各次谐波尽量与原数字合成正弦波信号的谐波分量相同(包括幅值和相位)，两个信号进行减法叠加后进行抵消。根据公式(2)的数字合成正弦波信号函数f(t),可得最为理想的抵消函数为：在区间，有：ξ(t)的波形图如图3所示。若采用另一路D/A一次截断的台阶信号模拟ξ(t)，其波形如图4所示。此时，在区间，有：抵消后的信号为：将f*(t)展成正弦级数，得到各次谐波系数：与bk一样的推导方法，可得：根据公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器，其特征在于：该基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器包括一个主数模转换模块，其为有效位数高的低速D/A转换器，负责正弦波形输出；以及一个高速数模转换模块产生谐波抵消信号ξ(t)，用于抵消主数模转换模块产生的正弦波形中的谐波分量，两路信号通过加减运算电路进行减法运算后输出，最终得到谐波抵消后的正弦电压输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器，其特征在于：该基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器包括一个主数模转换模块，其为有效位数高的低速D/A转换器，负责正弦波形输出；以及一个高速数模转换模块产生谐波抵消信号ξ(t)，用于抵消主数模转换模块产生的正弦波形中的谐波分量，两路信号通过加减运算电路进行减法运算后输出，最终得到谐波抵消后的正弦电压输出。2.如权利要求1所述的基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器，其特征在于：所述正弦信号发生器包括第一正弦波形数据存储器和第二正弦波形数据存储器，第一正弦波形数据存储器时钟信号为fclk，第二正弦波形数据存储器时钟信号为nfclk，第一正弦波形数据存储器与主模数转换模块相连，第二正弦波形数据存储器与高速模数转换模块相连。3.如权利要求1所述的基于多点补偿方案的低杂散正弦信号发生器，其特征在于：主数模转换模块与第一运算放大器的负输入端连接，高速数模转换模块与第二运算放大器的负输入端连接，第一、第二运算放大器的正极输入端接地，第一、第二运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯荣尉，王斌，宋博，延峰，陈阿琴，崔玉妹，侯旭玮，王逸舟，焦海妮，王子月，丁蔚，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11