一種方波信號發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種方波信號發(fā)生器，包括DDS模塊、波形選擇單元和比較器。DDS模塊與波形選擇單元相連接，波形選擇單元與比較器相連接。所述方波信號發(fā)生器通過在低頻時和高頻時分別選取不同的初始信號作為初始波形，其中，低頻時選擇快沿脈沖信號，高頻時選擇基本波形信號，再通過比較器電路進行電平比較和整形后，獲得邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)的低頻方波，獲得邊沿更快、抖動更低的高頻方波，從而兼具快沿脈沖信號和比較器電路的優(yōu)點。
【專利說明】
一種方波信號發(fā)生器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及電子儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種方波信號發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]DDS(Direct Digital Synthesizer)是直接數(shù)字式頻率合成器，可產(chǎn)生基本波形信號，目前產(chǎn)生方波信號的傳統(tǒng)方法有兩種:一種是使用分立元器件搭建的比較器電路，對DDS產(chǎn)生的基本波形信號進行電平比較和整形得到方波信號；另一種是針對不同的需要，通過把相應的方波數(shù)據(jù)填充到波形數(shù)據(jù)存儲器，再用DDS的方式直接輸出方波信號。第一種的缺點是信號抖動大，觸發(fā)位置不穩(wěn)定，邊沿的可調(diào)范圍很小且調(diào)節(jié)難度較大，占空比調(diào)節(jié)精度小。另外一種的缺點是邊沿的大小受到方波信號頻率的影響，低頻率時邊沿時間很大(毫秒級)，不能設(shè)定快速邊沿(納秒級)，且低頻率信號的占空比最小值受限，不能精細調(diào)節(jié);若通過專門的邊沿調(diào)節(jié)方法來獲得快沿、占空比精細可調(diào)的低頻方波信號，又導致因邊沿占據(jù)兩個采樣點無法輸出高頻的方波信號，而且，使得邊沿將受限于DDS采樣速率，在采樣率越低時邊沿時間越大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請要解決的問題是提供一種不僅在低頻時實現(xiàn)方波信號邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)，還能在高頻時實現(xiàn)方波信號邊沿更快、抖動更低的方波信號發(fā)生器。
[0004]本申請?zhí)峁┮环N方波信號發(fā)生器，其特征在于，包括:
[0005]DDS模塊，包括快沿脈沖發(fā)生器和基本波信號發(fā)生器，快沿脈沖發(fā)生器用于根據(jù)波形參數(shù)生成具有快速邊沿的脈沖波信號，基本波信號發(fā)生器用于根據(jù)波形參數(shù)生成基本波信號，所述波形參數(shù)至少包括波形頻率；
[0006]波形選擇單元，用于選擇快沿脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號或基本波信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號作為初始波形信號輸出；
[0007]比較器，所述比較器的第一輸入端輸入波形選擇單元輸出的初始波形信號，第二輸入端輸入?yún)⒖茧娖?，所述比較器將初始波形信號和參考電平進行比較，其輸出端根據(jù)比較結(jié)果進行電平翻轉(zhuǎn)，從而輸出所需方波信號。
[0008]優(yōu)選地，上述方波信號發(fā)生器中，所述方波信號發(fā)生器還包括:控制單元，所述控制單元與波形選擇單元相連，控制單元根據(jù)初始波形信號的頻率值控制波形選擇單元進行狀態(tài)切換以接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端或基本波信號發(fā)生器的信號輸出端。
[0009]優(yōu)選地，所述控制單元還與DDS模塊相連，將波形參數(shù)發(fā)送到DDS模塊，所述控制單元還將波形參數(shù)中的波形頻率與預設(shè)的頻率邊界值進行比較，當波形頻率高于預設(shè)頻率時控制波形選擇單元接通基本波信號發(fā)生器的信號輸出端，當波形頻率低于預設(shè)頻率時控制波形選擇單元接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端。
[0010]優(yōu)選地，所述波形選擇單元為選擇開關(guān)。
[0011]優(yōu)選地，所述選擇開關(guān)通過撥動、旋轉(zhuǎn)或按壓在快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端和基本波信號發(fā)生器的信號輸出端之間進行選擇。
[0012]優(yōu)選地，所述比較器為高速比較器。
[0013]優(yōu)選地，所述基本波形信號包括三角波、正弦波或普通脈沖信號。
[0014]優(yōu)選地，所述參數(shù)包括高電平、低電平、脈寬、頻率、延遲時間、上升時間和下降時間。
[0015]優(yōu)選地，上述方波信號發(fā)生器中，所述方波信號發(fā)生器還包括:第一濾波器和第二濾波器，所述第一濾波器與DDS模塊的第一輸出端相連接，用于對快沿脈沖信號的濾波，所述第二濾波器與DDS模塊的第二輸出端相連接，用于對基本波形信號的濾波。
[0016]優(yōu)選地，上述方波信號發(fā)生器中，所述方波信號發(fā)生器還包括:調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元的一段與控制單元連接，另一端與比較器連接，用于所述初始波形信號，在經(jīng)所述比較器進行電平比較和整形過程中，對所述參數(shù)進行調(diào)節(jié)和修正。
[0017]本申請的有益效果是:所述方波信號發(fā)生器通過在低頻時和高頻時分別選取不同的初始信號作為初始波形，其中，低頻時選擇快沿脈沖信號，高頻時選擇基本波形信號，再通過比較器電路進行電平比較和整形后，獲得邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)的低頻方波，獲得邊沿更快、抖動更低的高頻方波，從而兼具快沿脈沖信號和比較器電路的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本申請實施例提供的一種方波信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2為本申請實施例提供的一種方波信號發(fā)生器的原理框圖；
[0020]圖3為本申請實施例提供的不同初始波形信號觸發(fā)邊沿與同一電平的交點所對應的斜率關(guān)系不意圖；
[0021]圖4為本申請實施例提供的不同初始波形信號受電平偏移影響的抖動示意圖；
[0022]圖5為本申請實施例提供的一種方波信號產(chǎn)生方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面通過【具體實施方式】結(jié)合附圖對本申請作進一步詳細說明。
[0024]如圖1所示，本申請?zhí)峁┑囊环N方波信號發(fā)生器I，包括輸入設(shè)備11、DDS模塊2、控制單元3、波形選擇單元41、調(diào)節(jié)單元51和比較器52。輸入設(shè)備11與控制單元3相連接，DDS模塊2與波形選擇單元41相連接，波形選擇單元41還與比較器52相連接，控制單元3與輸入設(shè)備11、DDS模塊2、波形選擇單元41和調(diào)節(jié)單元51相連接。其中，
[0025]輸入設(shè)備11與控制單元3相連接，用于接收用戶輸入所需方波信號的參數(shù)，所述參數(shù)經(jīng)控制單元3處理后轉(zhuǎn)化為波形參數(shù)。
[0026]DDS模塊2的第一輸出端和第二輸出端分別與波形選擇單元41的第一輸入端和第二輸入端相連接，包括快沿脈沖發(fā)生器和基本波信號發(fā)生器，快沿脈沖發(fā)生器用于根據(jù)波形參數(shù)生成具有快速邊沿的脈沖信號，基本波信號發(fā)生器用于根據(jù)波形參數(shù)生成基本波形信號，所述波形參數(shù)可為輸入設(shè)備接收的用戶輸入的參數(shù)轉(zhuǎn)化而來，也可為存儲于方波信號發(fā)生器I的存儲器31中的波形參數(shù)數(shù)據(jù)，所述波形參數(shù)至少包括頻率。其中，脈沖信號為公開號為CN103178809A的專利文件中公開的一種快沿脈沖信號，基本波形信號包括三角波、正弦波或普通脈沖信號。盡管所述快沿脈沖因頻率受限不能作為高頻的初始波形信號并且邊沿受限于DDS采樣速率，但用作低頻的初始波形信號，所述快沿脈沖信號具有快速邊沿、較大的脈寬調(diào)節(jié)范圍的特點，可實現(xiàn)所需方波信號兼具占空比精細可調(diào)和邊沿快速的特點。對于高頻的初始波形信號，考慮到DDS重構(gòu)濾波器對高頻諧波分量存在較大抑制作用，在一種具體實施例中，優(yōu)選地，選擇單音正弦信號作為高頻段的初始信號。
[0027]在有的實施例中，為了便于存儲數(shù)據(jù)，方波信號發(fā)生器I還會包括存儲器31，存儲器31與DDS模塊3、控制單元3和波形選擇單元41相連接，用于存儲數(shù)據(jù)，包括快沿脈沖信號數(shù)據(jù)、基本波形信號數(shù)據(jù)或波形參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0028]在有的實施例中，在初始波形信號生成之后，為了濾除波形信號傳輸過程中的噪聲、畸變和雜波，方波信號發(fā)生器I還會包括第一濾波器21、第二濾波器22，第一濾波器21與DDS模塊2的第一輸出端相連接，用于對快沿脈沖信號的濾波，第二濾波器22與DDS模塊2的第二輸出端相連接，用于對基本波形信號的濾波。
[0029]波形選擇單元41與比較器52相連接，是一種選擇開關(guān)，在快沿脈沖發(fā)生器的信號和基本波信號發(fā)生器的信號進行選擇作為初始波形信號輸出，并將所述初始波形信號傳送至比較器52。當頻率值為低頻時，波形選擇單元41接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端，選擇快沿脈沖信號作為初始波形信號；當頻率值為高頻時，波形選擇單元41接通基本波信號發(fā)生器的信號輸出端，選擇基本波形信號作為初始波形信號。
[0030]在有的實施例中，波形選擇單元41可通過撥動、旋轉(zhuǎn)或按壓進，在快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端和基本波信號發(fā)生器的信號輸出端之間進行選擇。在有的實施例中，波形選擇單元41還可通過電流或電壓驅(qū)動實現(xiàn)電路的通斷，在快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端和基本波信號發(fā)生器的信號輸出端之間進行選擇。
[0031]控制單元2與波形選擇單元41相連，控制單元2根據(jù)初始波形信號頻率值控制波形選擇單元41進行狀態(tài)切換，以接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端或基本波信號發(fā)生器的信號輸出端。當頻率值為低頻時，控制波形選擇單元41進行狀態(tài)切換接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端，選擇快沿脈沖信號作為初始波形信號；當頻率值為高頻時，控制波形選擇單元41進行狀態(tài)切換接通基本波信號發(fā)生器的信號輸出端，選擇基本波形信號作為初始波形信號。
[0032]控制單元2還與DDS模塊2相連，將波形參數(shù)發(fā)送到DDS模塊2，所述控制單元2還將波形參數(shù)中的波形頻率與頻率邊界值進行比較，所述頻率邊界值可通過控制單元2預設(shè)或計算分析得出。當初始波形信號的頻率值小于頻率邊界值時，控制單元2控制波形選擇單元41接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端，選擇快沿脈沖信號作為初始波形信號；當初始波形信號的頻率值大于頻率邊界值時，控制單元2控制波形選擇單元41接通基本波形信號發(fā)生器的信號輸出端，選擇基本波形信號作為初始波形信號。
[0033]比較器52的第一輸入端輸入波形選擇單元輸出的初始波形信號，第二輸入端輸入?yún)⒖茧娖?，所述比較器將初始波形信號與參考電平進行比較，其輸出端根據(jù)比較結(jié)果進行電平翻轉(zhuǎn)對波形整形，從而輸出所需方波信號。需指出的是，正如【背景技術(shù)】所述，使用分立元器件搭建的比較器電路，對DDS產(chǎn)生的基本波形信號進行電平比較和整形得到方波信號，存在抖動大，觸發(fā)位置不穩(wěn)定的缺點。這是由于波形信號在高、低電平的電平轉(zhuǎn)換時，其邊沿與理想位置之間不可避免地產(chǎn)生偏移量，即所述抖動。如圖3所示，由于觸發(fā)邊沿與同一電平的交點所對應的斜率關(guān)系是三角波101〈正弦波102〈快沿脈沖103，直接導致比較器輸出的方波信號受比較電平偏移的影響不一，具體表現(xiàn)便是抖動性能上的差異。如圖4所示，三角波、正弦波和快沿脈沖，經(jīng)比較器輸出后的方波信號的偏移量不同，抖動大小為三角波101〉正弦波102〉快沿脈沖103。所述比較器52為高速比較器，采取高變換速率和盡可能小的傳輸延遲時間(納秒級)的方式，對所述初始波形信號進行電平比較和整形，使得輸出的低頻方波和高頻方波均具有抖動更低的特點；同時，將上升時間和下降時間固定在一個很小的標稱值(皮秒級)，加快波形信號邊沿變化，不僅獲得了邊沿更快的高頻信號，而且改善了低采樣率下方波信號的邊沿指標，解決了快沿脈沖信號邊沿受限于DDS采樣速率的問題，獲得了邊沿更快的低頻信號。
[0034]在有的實施例中，在初始波形信號電平比較中，為了使得輸出的方波邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)，方波信號發(fā)生器I還包括調(diào)節(jié)單元51，調(diào)節(jié)單元51的一段與控制單元3相連接，另一端與比較器52相連接，用于所述初始波形信號經(jīng)比較器52進行電平比較和整形過程中，對波形參數(shù)，包括高電平、低電平、脈寬、頻率、延遲時間、上升時間和下降時間，進行調(diào)節(jié)和修正。
[0035]如圖2所示，方波信號發(fā)生器I可根據(jù)用戶要求，輸入?yún)?shù)，輸出所需要的方波信號，所述參數(shù)至少包括頻率。方波信號發(fā)生器I通過在低頻時和高頻時分別選取不同的初始信號作為初始波形，其中，低頻時選擇快沿脈沖信號，高頻時選擇基本波形信號，再通過比較器電路進行電平比較和整形后，獲得邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)的低頻方波，獲得邊沿更快、抖動更低的高頻方波，從而兼具快沿脈沖信號和比較器電路的優(yōu)點，充分吸取了【背景技術(shù)】所述的兩種傳統(tǒng)方法的優(yōu)點，克服了兩種傳統(tǒng)方法的缺點。
[0036]基于上述方波信號發(fā)生器1，如圖5，本申請?zhí)峁┑囊环N說明DDS方波信號產(chǎn)生過程包括以下步驟:
[0037]輸入?yún)?shù)。所需方波信號的波形參數(shù)被用戶輸入，所述波形參數(shù)至少包括頻率。
[0038]生成初始波形。根據(jù)用戶輸入的參數(shù)生成初始波形信號，所述初始波形信號包括快沿脈沖信號和基本波形信號。其中，快沿脈沖信號為公開號為CN103178809A的專利文件中公開的一種快沿脈沖信號，基本波形信號包括三角波、正弦波或普通脈沖信號。
[0039]在有的實施例中，初始波形信號生成之后，還會對波形信號分別進行濾波，濾除波形信號傳輸過程中的噪聲、畸變和雜波。
[0040]選擇初始波形。根據(jù)波形信號頻率值大小，選擇一種初始波形信號，包括，當頻率值為低頻時，選擇快沿脈沖信號作為初始波形信號；當頻率值為高頻時，選擇基本波形信號作為初始波形信號。
[0041]在一種具體實施例里，通過預設(shè)或計算分析一個頻率邊界值，當初始波形信號的頻率值小于頻率邊界值時，選擇快沿脈沖信號作為初始波形信號；當初始波形信號的頻率值大于頻率邊界值時，選擇單音正弦信號作為初始波形信號。
[0042]在有的實施例中，在選擇礎(chǔ)波形信號之前，還會將分別將波形數(shù)據(jù)進行存儲，以備后續(xù)選擇。
[0043]輸出方波。對選擇的初始波形信號，將初始波形信號和參考電平進行比較，根據(jù)比較結(jié)果進行電平翻轉(zhuǎn)對波形整形后，輸出所需方波信號。其中，電平比較和整形過程中，采取高變換速率和盡可能小的傳輸延遲時間(納秒級)的方式，使得輸出的低頻方波和高頻方波均具有抖動更低的特點；同時，將上升時間和下降時間固定在一個很小的標稱值(皮秒級)，加快波形信號邊沿變化，不僅獲得了邊沿更快的高頻信號，而且改善了低采樣率下方波信號的邊沿指標，解決了快沿脈沖信號邊沿受限于DDS采樣速率的問題，可獲得了邊沿更快的低頻信號。
[0044]在有的實施例中，在初始波形信號電平比較和整形過程中，還會對參數(shù)，包括高電平、低電平、脈寬、頻率、延遲時間、上升時間和下降時間，進行調(diào)節(jié)和修正，使得輸出的方波邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)。
[0045]根據(jù)所述方波信號產(chǎn)生過程，可根據(jù)用戶要求，輸入?yún)?shù)，輸出所需要的方波信號。通過在低頻時和高頻時分別選取不同的初始信號作為初始波形，其中，低頻時選擇快沿脈沖信號，高頻時選擇基本波形信號，再通過比較器電路進行電平比較和整形后，獲得邊沿更快、抖動更低、占空比精細可調(diào)的低頻方波，獲得邊沿更快、抖動更低的高頻方波，從而兼具快沿脈沖信號和比較器電路的優(yōu)點，充分吸取了【背景技術(shù)】所述的兩種傳統(tǒng)方法的優(yōu)點，克服了兩種傳統(tǒng)方法的缺點。
[0046]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。
【主權(quán)項】
1.一種方波信號發(fā)生器，其特征在于，包括: DDS模塊，包括快沿脈沖發(fā)生器和基本波信號發(fā)生器，快沿脈沖發(fā)生器用于根據(jù)波形參數(shù)生成具有快速邊沿的脈沖波信號，基本波信號發(fā)生器用于根據(jù)波形參數(shù)生成基本波信號，所述波形參數(shù)至少包括波形頻率； 波形選擇單元，用于選擇快沿脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號或基本波信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號作為初始波形信號輸出； 比較器，所述比較器的第一輸入端輸入波形選擇單元輸出的初始波形信號，第二輸入端輸入?yún)⒖茧娖?，所述比較器將初始波形信號和參考電平進行比較，其輸出端根據(jù)比較結(jié)果進行電平翻轉(zhuǎn)，從而輸出所需方波信號。2.如權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，還包括控制單元，所述控制單元與波形選擇單元相連，控制單元根據(jù)初始波形信號的頻率值控制波形選擇單元進行狀態(tài)切換以接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端或基本波信號發(fā)生器的信號輸出端。3.如權(quán)利要求2所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述控制單元還分別與輸入設(shè)備和DDS模塊相連，將輸入設(shè)備接收的用戶輸入所需方波信號的參數(shù)轉(zhuǎn)化為波形參數(shù)，并將所述波形參數(shù)發(fā)送到DDS模塊，所述控制單元還將波形參數(shù)中的波形頻率與頻率邊界值進行比較，當波形頻率高于頻率邊界值時，控制波形選擇單元接通基本波信號發(fā)生器的信號輸出端，當波形頻率低于頻率邊界值時，控制波形選擇單元接通快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端。4.如權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述波形選擇單元為選擇開關(guān)。5.如權(quán)利要求4所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述選擇開關(guān)通過撥動、旋轉(zhuǎn)或按壓在快沿脈沖發(fā)生器的信號輸出端和基本波信號發(fā)生器的信號輸出端之間進行選擇。6.如權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述比較器為高速比較器。7.如權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述基本波形信號包括三角波、正弦波或普通脈沖信號。8.如權(quán)利要求1所述的方波發(fā)生器，其特征在于，所述參數(shù)包括高電平、低電平、脈寬、頻率、延遲時間、上升時間和下降時間。9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方波發(fā)生器，其特征在于，還包括第一濾波器和第二濾波器，所述第一濾波器與DDS模塊的第一輸出端相連接，用于對快沿脈沖信號的濾波，所述第二濾波器與DDS模塊的第二輸出端相連接，用于對基本波形信號的濾波。。10.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方波發(fā)生器，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元的一端與控制單元相連接，另一端與比較器相連接，用于所述初始波形信號在經(jīng)所述比較器進行電平比較和整形過程中，對所述參數(shù)進行調(diào)節(jié)和修正。
【文檔編號】H03K3/017GK106059536SQ201610556620
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】蔡臻昱, 宋民, 梁振興, 阮仲華
【申請人】深圳市鼎陽科技有限公司