维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷第６期 光电技术应用 Ｖｏ１．２１．Ｎｏ．６ ２００６年１２月 ＥＬＥＣＴＲＯ—ＯＰＴＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．２００６ 文章编号：１６７３—１２５５｛２００６）０６—００４２一Ｏ３ 一种新型任意波形发生器的设计 周 强 ，李世成 ，耿晓蕾 ，陈 明 （１．东北电子技术研究所，辽宁锦州１２１０００；２．９６６２０部队．河北定兴０７２６５３） 摘要：结合计算机技术，基于高速复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）设计出一种正交Ｉ、Ｑ双通道的任意波形发生 器，同时给出了协调其工作的软件设计．利用该波形发生器产生ＦＳＫ／ＰＰＭ复合调制信号，经过实验验证得到较好的 结果． 关键词：波形发生器；ＣＰＬＤ；波形库 ’ 中图分类号：ＴＮ７５２ 文献标识码：Ａ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ＺＨＯＵ Ｑｉａｎｇ ，ＬＩ Ｓｈｉ—ｃｈｅｎｇ 。ＧＥＮＧ Ｘｉａｏ—ｌｅｉ ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ （１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈｚｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｖｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ １２１０００，Ｃｈｉｎａ； ２．９６６２０ Ａｒｍｙ Ｕｎｉｔｅ ｏｆＰＬＡ，Ｄｉｎｇｘｉｎｇ ０７２６５３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＰＬＤ，ａｎ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｉｔｈ Ｉ、Ｑ ｄｏｕｂｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔＯ ｐｒｏｄｕｃｅ ＦＳＫ／ＰＰＭ ｈｙｂｒｉｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ＣＰＬＤ；ｗａｖｅｆｏｒｍ ｌｉｂｒａｒｙ 信号源在生产、教学、科研中已得到广泛的应 控制电路、ｌ 用．随着电子技术的迅速发展，许多高性能的调制信 号及复合调制信号被提出来，其波形的设计也日趋 发整生形器电蒌ｉ和１路ｌ ＇． —＿１ 明 复杂［卜２１．这不仅要求波形发生器有一个良好的设计 和不断的优化过程，而且要求器件有高的集成度． 笔者采用高速复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ） 替代常规中小规模的集成芯片，设计了一种任意 波形发生器．该波形发生器基于ＩＳＡ总线，Ｉ、Ｑ 图１ 任意波形发生器总体结构框图 正交双通道的方式进行工作，不同波形的产生只 要包括（１）计算机；（２）接口电路；（３）辅助电路； 需调用波形库中相应子程序，每种波形的幅度、 （４）ＲＡＭ；（５）Ｄ／Ａ转换电路等５个部分．其中接 相位和调制都由软件编程实现，可方便地进行预 口电路是以Ｆ８２５５为核心的电路，它是连接计 失真处理．接口电路软件部分用汇编语言，程序 算机与ＲＡＭ之问的纽带；辅助电路主要由控制 自身编译的时间短，数据传输速度高， 电路，快速地址发生器及整形电路构成；ＲＡＭ选 １ 总体结构及工作原理 择８Ｘ８的高速静态存储器，其读取速度可达 １０ ｎｓ；Ｄ／Ａ转换器的变换速率可达１００ ＭＨｚ．由 图１是任意波形发生器的总体设计框图．主 计算机控制在硬件上实现Ｉ，Ｑ正交双通道的工 收稿日期：２００６一Ｏ９—０５ 作者简介：周强（１９７９．），男。学士，助理工程师。研究方向为电路设计 维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期 周强等：一种新型任意波形发生器的设计 ４３ 作，接口为符合ＩＳＡ规范的ＰＣ插卡． 工作原理：按照所要产生的波形调用波形库 中相应子程序，设定波形参数；基于Ｎｙｑｕｉｓｔ采 样定理。由计算机完成对信号时频波形的采样、 量化、编码，并把编码后的数据保存；调用数据传 输程序把保存在硬盘上的文件通过接口电路中 的Ｆ８２５５存入ＲＡＭ，通过辅助电路对数据传输 的控制，再通过该电路把已经存放在ＲＡＭ中的 数据读出，送至Ｄ／Ａ转换器，输出模拟信号． ２模块设计分析 从图１可以看出，该波形发生器的主要电路 模块是接口电路、控制电路，快速地址发生器和 整形电路．如何使它们高速、稳定、协调的工作， 产生平稳、低失真、高性能的模拟信号，下面重点 对接口电路、快速地址发生器和整形电路进行讨 论． ２．１ 接口电路 接口电路是连接计算机与辅助电路、ＲＡＭ 的纽带，计算机向存储器ＲＡＭ进行数据交换 时，数据在接ＥＩ电路中暂存，同时计算机送出的 控制信号必须通过该电路才能送至辅助电路． 为了提高计算机向ＲＡＭ传输数据的速率，用 ＶＨＤＬ语言编程来控制Ｆ８２５５并行通信Ｅ３ Ｊ，重 点设计是利用Ｆ８２５５的０工作方式，选用 口 为数据ＥＩ，Ｂ，Ｃ ＥＩ为地址ＥＩ．电路的输入端是与 计算机ＩＳＡ总线相连，在设计中把计算机预留 给用户的端ＥＩ地址２Ｆ４～２Ｆ７Ｈ分别对应了 Ｆ８２５５的Ａ ＥＩ、Ｂ ＥＩ、Ｃ口和控制Ｅ１．利用接ＥＩ 电路实现把数据按要求送到Ｆ８２５５的Ａ口，把 地址送到Ｆ８２５５的Ｂ口和Ｃ口，这是保证 Ｆ８２５５正常工作的核心．在电路的设计中，为了 提高数据的传输能力，采用了数据缓冲器Ｆ２４５ 来驱动数据线，需要说明的是电路中Ｆ８２５５和 Ｆ２４５都用ＶＨＤＬ语言编程实现，这样不但使电 路的移植性增强，修改简单，并且更方便电路的 集成． ‘ ２．２快速地址发生器和整形电路 由计算机控制ＲＡＭ的地址变化，远不能达 到设计的带宽及速度的要求．为了提高信号的带 宽及速度，同时提高波形的质量，在设计中采用 了快速地址发生器的方法．当数据全部传输到 ＲＡＭ后，启动快速地址发生器使得ＲＡＭ在预 定的地址范围内快速变化，从而高速读出有效数 据到Ｄ／Ａ转换器，预置地址是由计算机计算得 到后，通过接口电路传输给计数器的预置端．这 里调用库中现有的７４２４４作为波形整形器，同时 通过片选波形整形器控制线路的通断，起到电子 开关的作用，从而使地址发生器输出的记数波形 比较平整． 快速地址发生器是用ＶＨＤＬ编程实现的， 这里不能用４块计数器（７４１６３）的级联来实现计 数，这是由于随着工作频率的提高，７４１６３往往 难以准确计数，容易导致地址发生错误和混乱， 波形畸变．为了使模拟信号的波形平整、稳定，数 据高速传输，以及保证数据传输的正确性，设计 中利用了２块Ｆ２４５来决定Ｉ、Ｑ通道数据传输 的开与关及传输方向，数据传输中还要把ＲＡＭ 中的数据回读到Ｆ８２５５，与以前数据比较，正确 则传输，不正确则重新传输，这样就降低了数据 传输错误的概率． ３ 软件设计 设计的波形发生器软件的设计共有２大部 分组成，包括接ＥＩ控制部分和波形库． ３．１接口控制部分 这部分软件的目的是通过对８２５５的编程来 控制各部分电路的工作，把波形库中某种波形相 应的编码数据文件传送到高速静态存储器 （ＲＡＭ）中，同时为快速地址发生器传送预置地 址． 设计思路：首先，程序初始化，完成先前数据 的保护．电路由Ｉ、Ｑ正交双通道组成，接着需要 提示选择哪一条通道传输数据，程序中用数字 １、２、３标志通道类型，根据标号转入相应的执行 过程，如果程序出现错误，则返回重新传输．传输 数据通道确定后，下一步由计算机算出起始地址 后，提供给快速地址发生器，由汇编指令控制，启 动快速地址发生器，同时打开电子开关，从ＲＡＭ 中读出数据至Ｄ／Ａ转换器，得到所需模拟信号． ３～ 波形库 波形库是该波形发生器软件设计的核心，它 由多种波形的子程序构成，每种波形的产生只需 调用库中相应的子程序即可．Ｃ语言编写的子程 维普资讯 http://www.cqvip.com ４４ 光电技术应用 第２ｌ卷 序使移植性强，同时容易对波形库进行扩充．库 中包括正弦波 方波等基本波形，还有ＬＦＭ、 ＦＳＫ、ＰＳＫ、ＰＰＭ、ＦＳＫ／ＰＳＫ、ＰＳＫ／ＰＰＭ、ＦＳＫ／ ＰＰＭ等单一与复合调制波形多种子程序［ ．图 ２为软件中信号波形产生和输出的总流程图， 图４ ＦＳＫ／ＰＰＭ信号波形｛Ｘ：０．５／，ｓ／ｄｉｖ。Ｙ：５０ ｍｖ／ｄｉｖ） 的波形，比较２个波形，可以看出任意波形发生 器设计的有效性． ５ 结束语 基于高速的复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）成 功地设计出了一种能够产生多种波形的发生器． 它的工作频率可达８０ ＭＨｚ，产生的波形基带最 大带宽可达４Ｏ ＭＨｚ，较之用分离器件设计出的 数字发生器在性能上大大提高．并且采用波形库 产生信号的方式，可使教学和科研中研究波形的 工作转向对波形库的设计扩充，提高了工作效 蜜． 图２程序总流程图 参 考文献 ４实验结果 ［１］Ｓｉ Ｑｉａｎｇ，Ｌｉ Ｙａｎｚｈｏｎｇ，Ｘｉａｎｇ Ｊｉｎｇｃｈｅｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｐｕｌｓｅ ｅｏｍｐｒｅｓ－ 以ＦＳＫ／ＰＰＭ复合调制信号为例进行实验， ｓｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ【Ｚ］．２００１ ＣＩＥ Ｉｎｔｅｒｎａ－ ＦＳＫ为Ｃｏｓｔａｓ序列｛２ ４ ３ ｌ｝，ＰＰＭ序列 ｔｉｏｎａｌ Ｇｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｒａｄａｒ．２００ｌ：５３３．５３７． （Ｎ＝４，Ｍ＝２）为｛２ １ ２ １ ｝，子脉冲宽度 【２］孙明，杨江平，刘崇杰，等．基于ＶＸＩ总线的新型任 为２ ｓ．图３和图４分别为波形库中信号波形和 意波形发生器的设计［Ｊ］．数据采集与处理，２００２。 数字波形发生器调用波形库中相应子程序产生 ｌ７（２）：２ｌ８．２２１． ［３］王作斌，张建明，包国彬．ＰＬＤ在数字信号处理系 统中的应用［Ｊ］．光电技术应用，２００５，２０（６）：５２． ５５． ［４］ 田书林，刘科，周鹏．高速波形产生及频率凋制技 术研究［Ｊ］．电子科技大学学报，２００４，３３（１）：１２． １５ 图３ ＦＳＫ／ＰＰＭ信号波形 一十－ ’一－＋－＋－—卜－—卜－—卜－＋－— －＋－—卜 本 刊 声 明 本刊已成为《中国核心期刊（递选）数据库》收录期刊；《中文科技期刊数据库》收录期刊；《中国期 刊全文数据库》全文收录期刊；《中国学术期刊综合评价数据库》统计源期刊；《电子科技文摘》数据库 收录源之数据期刊。本期刊所刊载的文章在国内外数据库检索机构（包括纸版、光盘版、网络版）报道 时，不再征求作者意见。文稿刊登录用后作者著作权使用费与本刊稿酬一次・陛付给。并赠送当期样刊 一份。
