專利名稱：可編程高頻脈沖信號發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號發(fā)生器，特別是一種可編程高頻脈沖信號發(fā)生器。
背景技術(shù)：
信號發(fā)生器在各種需要信號輸入的實驗儀器和系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。具體地說，不同的輸出信號有各自獨特的應(yīng)用，不可替代。例如有嚴(yán)格同步的參考信號輸出的信號發(fā)生器，在小光斑測量系統(tǒng)中就是必要的(《測量大數(shù)值孔徑光學(xué)系統(tǒng)小光斑的方法》，徐文東，干福熹，中國激光，2003年，第30卷，第2期，第171-174頁)，主輸出信號接聲光調(diào)制器作為調(diào)制信號，其輸出幅度可以調(diào)節(jié)，與其嚴(yán)格同步的參考信號接鎖相放大器以便解調(diào)，參考信號輸出幅度不應(yīng)隨主輸出信號幅度的變化而變化；可輸出方波、脈沖串、鋸齒波、正弦波等信號的函數(shù)信號發(fā)生器用于給設(shè)計的電路施加理想中的波形以驗證其性能；任意波形信號發(fā)生器則可以用于過脈沖、尖峰、阻尼瞬變、頻率突變等因素對電路可能產(chǎn)生的毀滅性后果進(jìn)行檢測，這對應(yīng)用于航天、軍事、鐵路和一些情況比較復(fù)雜的、重要領(lǐng)域的電路尤其重要。
在先技術(shù)可編程任意數(shù)字信號發(fā)生器(實用新型專利，申請?zhí)?3207151.1)中，如圖1所示裝置以8031單片機(jī)為核心，包括鍵盤與顯示器01、時鐘電路03、外觸發(fā)輸入電路04、波形數(shù)據(jù)存儲器05、波形長度控制器06、頻率合成器07、地址發(fā)生器08、和D/A轉(zhuǎn)換器09。工作時，8031單片機(jī)計算任意波形的數(shù)據(jù)并寫到圖1的波形數(shù)據(jù)存儲器5，再讀出或直接從波形數(shù)據(jù)存儲器讀出周期波形數(shù)據(jù)，最后由D/A變換電路實現(xiàn)輸出可編程信號。雖然它具有輸出頻率分辨率高、頻率的置定重復(fù)性好和可以實現(xiàn)頻率的程序控制的優(yōu)點，但是仍然存在一些不足
1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外圍電路集成度不高，升級擴(kuò)充困難；2)8031單片機(jī)的數(shù)據(jù)尋址范圍有限，表容量不高；數(shù)據(jù)總線位數(shù)低，輸出信號精度低；指令周期不夠短，運算數(shù)速度慢；總線結(jié)構(gòu)不利于數(shù)據(jù)處理，指令效率差，在產(chǎn)生高頻信號方面具有很大困難；3)沒有可提供輸出信號嚴(yán)格同步或有一定固定延遲時間的相同波形或不同波形參考信號的同步輸出端；4)D/A轉(zhuǎn)換電路后面沒有功率放大和低阻抗輸出電路，不便于直接接負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種可編程高頻脈沖信號發(fā)生器，它應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單，易于升級擴(kuò)充功能，可產(chǎn)生高頻信號、周期信號、任意波形信號，可提供多路同步輸出的特點。
本發(fā)明的基本思想是1)采用DSP入門套件DSK板、高速D/A轉(zhuǎn)換器及低輸出阻抗功率放大電路構(gòu)成信號發(fā)生器。DSK板上集成了在先技術(shù)中除D/A轉(zhuǎn)換器，8031單片機(jī)外的所有外圍電路或功能，并具有一個子板擴(kuò)展槽。我們把高速D/A轉(zhuǎn)換器及低輸出阻抗功率放大電路部分設(shè)計成一塊子板，接在子板擴(kuò)展槽上。結(jié)構(gòu)簡單，擴(kuò)充功能只需更換子板或擴(kuò)充子板。
2)DSK板上的DSP數(shù)字信號處理芯片取代在先技術(shù)中的8031單片機(jī)，與之相比，DSP數(shù)字信號處理芯片數(shù)據(jù)尋址范圍大；16位或32位數(shù)據(jù)寬度，輸出信號精度高；指令周期短；數(shù)據(jù)和指令分開存儲，流水線操作，具有專用的硬件乘法器和特殊的指令集，指令效率高，能產(chǎn)生時間間隔很短的16位或32位數(shù)字信號，在產(chǎn)生高頻高精度信號方面具有很大優(yōu)勢，更適合實現(xiàn)可編程高頻脈沖信號發(fā)生器。
3)子板上的兩路高速D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換16位或32位的離散數(shù)字信號，并用DSP芯片的寫信號控制高速D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)多路信號間的同步或延遲；4)低輸出阻抗功率放大電路實現(xiàn)信號的功率放大和低阻輸出，方便接負(fù)載。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種可編程高頻脈沖信號發(fā)生器，該發(fā)生器的構(gòu)成是計算機(jī)通過DSK板上的并口與DSK板相連，主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸入端與DSK板上子板槽相連，主功率放大器的輸入端與主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出連接，輸出與主輸出端連接；參考功率放大器的輸入與參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出連接，輸出與參考輸出端連接。
所述的主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片、主功率放大器、主輸出端和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片、參考功率放大器和參考輸出端集成在一起形成子板，與DSK板上子板槽相連。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(1)采用DSK板做離散數(shù)字信號的產(chǎn)生部分，不需要給DSP芯片自行設(shè)計外圍接口電路，DSK板已包含了DSP芯片、外部隨機(jī)存儲器(SRAM)，閃存(FLASH)、仿真接口、與上位機(jī)通訊的并口以及子板接口，可方便調(diào)試、上位計算機(jī)控制也可以獨立運行和子板擴(kuò)充(D/A轉(zhuǎn)換器及功率放大電路可做成子板插在子板槽上，由于DSK板的批量生產(chǎn)，其價格很低，有利于降低本發(fā)明裝置的成本。
(2)由于內(nèi)部程序通過仿真接口調(diào)試設(shè)定后可獨立運行，也可與計算機(jī)進(jìn)行實時通訊，本發(fā)明的可編程高頻脈沖信號發(fā)生器可以產(chǎn)生輸出幅度和脈沖寬度可計算機(jī)控制的單脈沖，輸出幅度、脈沖寬度和延遲時間可計算機(jī)控制的連續(xù)脈沖，數(shù)字信號處理器(DSP)生成的其它波形以及上位計算機(jī)存儲的任意波形，并可同時提供與其嚴(yán)格同步或有一定固定延遲時間的相同波形或不同波形的參考信號，參考信號的幅度、延遲時間以及波形也是由計算機(jī)完全控制的。
(3)高速D/A轉(zhuǎn)換器及低輸出阻抗功率放大電路可以做在一起，作為子板插在DSK板上的子板槽上，裝配簡單，也有利于今后的維護(hù)、升級和更新?？傊?，與單純的高頻信號發(fā)生器相比，價格低廉，功能強(qiáng)大。


圖1為在先技術(shù)可編程任意數(shù)字信號發(fā)生器的原理示意圖。
圖2為本發(fā)明基于DSP數(shù)字信號處理器的原理示意圖。
圖3為本發(fā)明實施方案中D/A轉(zhuǎn)換器件的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明實施方案中輸出信號的幾種形式。
具體實施例方式本發(fā)明可編程高頻脈沖信號發(fā)生器的實施例方框圖如圖2所示，由圖可見，本發(fā)明可編程高頻脈沖信號發(fā)生器的構(gòu)成是計算機(jī)(11)通過DSK板(12)上的并口(1201)與DSK板(12)相連，主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(13)和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(18)的數(shù)據(jù)輸入端與DSK板(12)上子板槽(1202)相連，主功率放大器(14)的輸入端與主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(13)輸出連接，輸出與主輸出端(15)連接；參考功率放大器(17)的輸入與參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(18)輸出連接，輸出與參考輸出端(16)連接。
本實施例離散數(shù)字信號發(fā)生部分的DSK開發(fā)板2采用TI公司的TMS320VC5402 DSK開發(fā)板，這塊DSK開發(fā)板上有輸出16位的指令周期10ns的數(shù)字信號處理器(DSP)芯片、64K的外部SRAM、56K的FLASH存儲器、JTAG測試總線控制器、擴(kuò)展子板的接口即子板槽1202和與主機(jī)相連的并口1201等設(shè)備。DSK板上的DSP數(shù)字信號處理器可以有多種不同的引導(dǎo)模式，以適應(yīng)DSK使用的不同場合。例如使用JTAG調(diào)試器實現(xiàn)仿真的缺省模式；主機(jī)的軟件或驅(qū)動程序?qū)⒔?jīng)由并口來裝載內(nèi)存時的HPI(主機(jī)端口界面)模式；使用8、16、32位的ROM或FLASH存儲器來引導(dǎo)DSK的模式，這種模式下DSK開發(fā)板可獨立運行，不需接上位機(jī)。實際設(shè)計中一般用后兩種引導(dǎo)模式，第三種模式，程序被燒入FLASH，既可以使DSK開發(fā)板獨立運行，又可保證程序難以被別人借用，本發(fā)明為擴(kuò)展應(yīng)用，在實施例中采用第二種引導(dǎo)模式。數(shù)模轉(zhuǎn)換部分的兩路D/A轉(zhuǎn)換芯片——主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片13和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片18采用AD9732，AD9732是十位的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時間為5ns，有一個數(shù)據(jù)鎖存器。鎖存信號Clock的上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)的鎖存，送給D/A轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生模擬信號輸出。芯片結(jié)構(gòu)如圖3。
信號發(fā)生器構(gòu)成如圖2，計算機(jī)11和DSK開發(fā)板12通過并口1201通訊，產(chǎn)生任意波形的程序通過DSP芯片處理后輸出離散的數(shù)字信號，16位的輸出線分開，高十位給主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片13，低6位給參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片18。注意6位數(shù)據(jù)線接10位D/A轉(zhuǎn)換器時，把D/A轉(zhuǎn)換器低8位兩兩分成四股，加上高兩位共6股接6位輸入數(shù)據(jù)或者把6位數(shù)據(jù)線直接接10位D/A轉(zhuǎn)換器的高6位。兩個D/A轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)鎖存器分配同一地址，用DSP芯片的寫信號W通過非門后供給兩路D/A轉(zhuǎn)換芯片的Clock管腳。DSP輸出離散數(shù)字信號時，Clock管腳有上升沿信號，上升沿將數(shù)字信號同時鎖存在各D/A芯片的數(shù)據(jù)鎖存器中，然后轉(zhuǎn)換輸出同步模擬信號。以指令周期10ns的DSP5402數(shù)據(jù)處理器和指令5ns的高速D/A轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成信號發(fā)生器可以輸出30ns的單脈沖、高頻的連續(xù)脈沖和方波。或者采用指令周期更短的32位浮點型DSP的開發(fā)板DSK，輸出32位數(shù)據(jù)可滿足兩路10位AD9732芯片，這樣與前例相比每路D/A轉(zhuǎn)換器的精度都可以得到保證。
D/A轉(zhuǎn)換器后接功率放大器——主功率放大器14和參考功率放大器17，實現(xiàn)功率放大和阻抗變換功能，把高輸入阻抗變成50歐姆或75歐姆的低輸出阻抗，方便接負(fù)載。
圖4是本發(fā)明可編程高頻脈沖信號發(fā)生器在光盤材料介質(zhì)靜動態(tài)測試系統(tǒng)中產(chǎn)生的信號。如圖所示靜態(tài)a是寫、擦狀態(tài)信號，信號發(fā)生器發(fā)出幅度和脈寬可調(diào)的單脈沖給聲光調(diào)制器，激光通過聲光調(diào)制器在測試材料上打點，完成寫、擦操作。
靜態(tài)b1也是由信號發(fā)生器輸出給聲光調(diào)試器用來調(diào)試激光，b2是b1的同步信號，最后都輸入到解調(diào)器，b2作為b1解調(diào)的參考信號。動態(tài)a1跟靜態(tài)b1作用一樣，但是動態(tài)a2和b2是信號發(fā)生器提供給掃描部件的信號，這是靜態(tài)測試沒有的，動態(tài)b1是信號發(fā)生器提供給聲光調(diào)制器用來做讀操作的信號。這些信號因為是周期信號，所以波形數(shù)據(jù)是寫好在DSK板上的FLASH里的，計算機(jī)直接輸入要求輸出信號的波形和參數(shù)控制DSP芯片讀出這些波形數(shù)據(jù)就可以了。
權(quán)利要求
1.一種可編程高頻脈沖信號發(fā)生器，其特征在于該發(fā)生器的構(gòu)成是計算機(jī)(1)通過DSK板(2)上的并口(201)與DSK板(2)相連，主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(3)和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(8)的數(shù)據(jù)輸入端與DSK板(2)上子板槽(202)相連，主功率放大器(4)的輸入端與主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(3)輸出連接，輸出與主輸出端(5)連接；參考功率放大器(7)的輸入與參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(8)輸出連接，輸出與參考輸出端(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編程高頻脈沖信號發(fā)生器，其特征在于所述的主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(3)、主功率放大器(4)、主輸出端(5)和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片(8)、參考功率放大器(7)和參考輸出端(6)集成在一起形成子板，與DSK板(2)上子板槽(202)相連。
全文摘要
一種可編程高頻脈沖信號發(fā)生器，該發(fā)生器的構(gòu)成是計算機(jī)通過DSK板上的并口與DSK板相連，主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片和參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸入端與DSK板上子板槽相連，主功率放大器的輸入端與主信號D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出連接，輸出與主輸出端連接；參考功率放大器的輸入與參考信號D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出連接，輸出與參考輸出端連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、易于升級擴(kuò)充功能、可產(chǎn)生高頻信號、周期信號、任意波形信號和可提供多路同步輸出的特點。
文檔編號G01R1/00GK1570652SQ20041001816
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月9日
發(fā)明者徐文東, 楊金濤, 高秀敏, 周飛, 張鋒 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所