一種寬帶重復(fù)任意波形發(fā)生器及發(fā)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶重復(fù)任意波形發(fā)生器及發(fā)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，任意波形發(fā)生器在民用和軍用上的需求越來越大。民用方面，無論是科研還是工程項(xiàng)目，都必須在項(xiàng)目結(jié)題階段進(jìn)行仿真測試。特別是在通信領(lǐng)域，這就會(huì)涉及到目標(biāo)信號(hào)的獲取，但是某些信號(hào)并不容易獲取到，例如機(jī)載ADS-B信號(hào)對(duì)于ADS-B接收機(jī)測試來說至關(guān)重要，但是實(shí)驗(yàn)室很難獲取到真實(shí)的信號(hào)；軍用方面，需要對(duì)某些設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)頻段的干擾(例如雷達(dá)對(duì)抗中)，而干擾機(jī)其實(shí)就是一種任意波形發(fā)生器?；谝陨锨闆r，可見任意波形發(fā)生器無論在民用還是軍用領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前市場上售賣的任意波形發(fā)生器體積較大，價(jià)格昂貴(如安捷倫，R&S，NI的設(shè)備)而現(xiàn)有低成本任意波形發(fā)生器由于結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案的缺陷，不能夠滿足日?？蒲行枨?。例如專利CN201020207981.4中提及到了一種任意波形發(fā)生器，其特點(diǎn)是產(chǎn)生的波形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)由上位機(jī)產(chǎn)生并通過USB總線通信，數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘受到USB總線速率的限制從而使系統(tǒng)性能受到限制；專利CN201420590569.3中公布了一種簡易的波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器不能夠產(chǎn)生任意想要的波形，使得功能受到極大的限制；論文《任意波形發(fā)生器的研制》中提及到的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)同樣受到上位機(jī)與設(shè)備接口速率的限制，使得生成信號(hào)帶寬十分有限?，F(xiàn)有的任意波形發(fā)生器存在以下缺陷:為了追求實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)速率受到上位機(jī)接口的影響，使系統(tǒng)性能下降，且生成信號(hào)帶寬和功率有限不能調(diào)整，不能夠快速生產(chǎn)中頻、高頻信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有的簡易任意波形發(fā)生器的缺陷，使得任意波形發(fā)生器能夠盡量的滿足工程和科研要求，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)大的任意波形發(fā)生器。該任意波形發(fā)生器能夠以1.25Ghz的時(shí)鐘工作，工作頻率不受上位機(jī)計(jì)算速度和接口的影響，生成100M到500M的任意中頻信號(hào)，并將信號(hào)在存儲(chǔ)器容量大小對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)重復(fù)播放，重復(fù)間隔時(shí)間可任意調(diào)整。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種寬帶重復(fù)任意波形發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括單片機(jī)MCU、與單片機(jī)相連的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、與現(xiàn)場可編程門陣列相連的閃存Flash、與現(xiàn)場可編程門陣列相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC、與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端連接的數(shù)控增益放大器，波形信號(hào)由所屬數(shù)控增益放大器的輸出端輸出；其中所述單片機(jī)與上位機(jī)連接，接收上位機(jī)的指令，所述單片機(jī)包括控制指令單元、數(shù)據(jù)指令單元及觸發(fā)指令單元，所述控制指令單元用于控制所述數(shù)控增益放大器，所述數(shù)據(jù)指令單元用于將單片機(jī)獲得的數(shù)據(jù)指令轉(zhuǎn)發(fā)給所述FPGA后作為波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與所述閃存中，所述觸發(fā)指令單元用于控制單片機(jī)內(nèi)部生成數(shù)據(jù)給FPGA;所述FPGA包括數(shù)據(jù)模塊、控制模塊及參數(shù)模塊，所述數(shù)據(jù)模塊用于讀取和存儲(chǔ)單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)指令，所述控制模塊用于控制所述數(shù)據(jù)模塊向所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送數(shù)據(jù)，所述參數(shù)模塊用于設(shè)定信號(hào)重復(fù)的延遲時(shí)間。
[0007]所述單片機(jī)與上位機(jī)通過USB轉(zhuǎn)串口通信。
[0008]進(jìn)一步的，所述任意波形發(fā)生器還包括第一帶通濾波器和第二帶通濾波器，所述第一帶通濾波器的兩端分別連接所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端及數(shù)控增益放大器的輸入端，所述第二帶通濾波器的兩端分別連接于所述數(shù)控增益放大器的輸出端及所述任意波形發(fā)生器的輸出端。
[0009]本發(fā)明摒棄限制系統(tǒng)工作頻率的實(shí)時(shí)計(jì)算實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，采用計(jì)算完畢再轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式，從而實(shí)現(xiàn)高速工作，具體過程為:
[0010]FPGA的數(shù)據(jù)模塊從Flash的初始地址開始依次存儲(chǔ)單片機(jī)提供的數(shù)據(jù)，直到單片機(jī)通過指令通知FPGA控制模塊數(shù)據(jù)提供完畢；一旦數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢，F(xiàn)PGA控制模塊控制數(shù)據(jù)模塊開始從Flash初始位置開始依次讀出數(shù)據(jù)到DAC，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)描述的任意波形，當(dāng)讀到數(shù)據(jù)最后存儲(chǔ)地址時(shí)，F(xiàn)PGA持續(xù)發(fā)零數(shù)據(jù)直到參數(shù)模塊指定的延遲時(shí)間，然后再重新從Flash的初始地址依次讀出數(shù)據(jù)，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)波形重復(fù)播出，間隔可任意調(diào)整。基于上述設(shè)計(jì)，即可提升系統(tǒng)工作時(shí)鐘，產(chǎn)生寬帶寬的中頻信號(hào)。
[0011]數(shù)據(jù)計(jì)算方式:提供兩種方式，一是通過上位機(jī)計(jì)算數(shù)據(jù)，通過串口將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，F(xiàn)PGA將單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Flash中；二是通過上位機(jī)的少數(shù)指令，觸發(fā)單片機(jī)中內(nèi)部數(shù)據(jù)生成程序生成數(shù)據(jù)，并通過FPGA存儲(chǔ)在Flash中。
[0012]本發(fā)明還提供一種重復(fù)任意波形發(fā)生方法，具體包括以下步驟:
[0013]步驟1.上位機(jī)的指令包括以下三種:控制指令、數(shù)據(jù)指令及觸發(fā)指令；在接收到上位機(jī)的指令后，根據(jù)指令的類型進(jìn)行相應(yīng)操作；
[0014]步驟2.若收到數(shù)據(jù)指令，則將所收到的指令的頭部識(shí)別部分刪除，將剩余的指令串發(fā)送給FPGA ；
[0015]若收到觸發(fā)指令，則觸發(fā)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序，開始按照指令要求產(chǎn)生代碼中存在的波形數(shù)據(jù)，通過并行接口傳給FPGA ;
[0016]若收到控制指令，則根據(jù)指令參數(shù)控制數(shù)控增益放大器；
[0017]步驟3.FPGA收到數(shù)據(jù)后通過判斷數(shù)據(jù)的頭部確定該信息是數(shù)據(jù)信息還是參數(shù)(脈沖長度，間隔時(shí)間)信息；
[0018]若根據(jù)數(shù)據(jù)流頭部判斷為數(shù)據(jù)信息，則將數(shù)據(jù)依次存儲(chǔ)在外部的存儲(chǔ)器中；
[0019]若判斷為參數(shù)信息時(shí)，則設(shè)置信號(hào)參數(shù)(信號(hào)周期時(shí)間，重復(fù)間隔時(shí)間)；
[0020]若判斷為控制指令，則停止數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)讀出模式，此時(shí)FPGA從存儲(chǔ)器的初始地址開始依次讀出數(shù)據(jù)，直到讀到參數(shù)信息要求的最后一個(gè)地址時(shí)止，并將數(shù)據(jù)依次轉(zhuǎn)發(fā)給DAC及數(shù)控增益放大器后輸出即得到所需的波形；根據(jù)參數(shù)配置進(jìn)行時(shí)間延遲后，重復(fù)從Flash的初始地址開始讀取數(shù)據(jù)，即可得到指定時(shí)間間隔的重復(fù)波形。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可以重復(fù)地產(chǎn)生100M到500M任意中頻波形，波形輸出功率可調(diào)，重復(fù)時(shí)間間隔可調(diào)，且本發(fā)明利用單片機(jī)內(nèi)部觸發(fā)方式計(jì)算波形數(shù)據(jù)具有快速開機(jī)工作的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖