4GSPS任意波形發(fā)生器數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì).pdf

1、任意波形發(fā)生器作為一種新型的信號(hào)源，為待測(cè)系統(tǒng)提供復(fù)雜的激勵(lì)信號(hào)，在電子測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。任意波形發(fā)生器的核心是波形合成單元，它基于直接數(shù)字合成技術(shù)，通過(guò)數(shù)字抽樣方法合成所需的波形信號(hào)。
　　根據(jù)模塊功能，波形合成單元可分為波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生和波形數(shù)據(jù)處理兩部分。波形數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊輸出的波形數(shù)據(jù)流進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、速率調(diào)整、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換等操作，將數(shù)字波形信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬波形信號(hào)。本文研究4GSPS任意波形發(fā)生器中的數(shù)

2、據(jù)處理模塊，主要工作如下：
　　1、數(shù)據(jù)處理模塊總體方案設(shè)計(jì)。分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊的輸出特點(diǎn)，結(jié)合功能指標(biāo)，將數(shù)據(jù)處理模塊分為數(shù)據(jù)接口單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元三部分。其中，數(shù)據(jù)接口單元對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊的輸出進(jìn)行緩存，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)處理單元對(duì)數(shù)據(jù)接口單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并形成滿足指標(biāo)要求和數(shù)模轉(zhuǎn)換單元要求的數(shù)據(jù)格式，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)數(shù)字-模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換。
　　2、數(shù)據(jù)接口單元設(shè)計(jì)。針對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元輸出數(shù)據(jù)流非均勻的

3、問(wèn)題，采用異步FIFO，通過(guò)數(shù)據(jù)跨時(shí)鐘域訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流均勻輸出；針對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元輸出數(shù)據(jù)率與所需數(shù)據(jù)率之間存在誤差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)FIFO容量監(jiān)測(cè)信號(hào)，提供給數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，消除數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元數(shù)據(jù)率與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)據(jù)率之間的誤差。
　　3、數(shù)據(jù)處理單元設(shè)計(jì)。針對(duì)波形偏移可變的要求，延遲FIFO輸出使能信號(hào)，并對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行移位寄存，實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)偏移的大范圍與高分辨率調(diào)節(jié)；針對(duì)器件低速限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)10MSPS采樣率

4、的難題，通過(guò)降低波形數(shù)據(jù)讀取速度，結(jié)合波形數(shù)據(jù)展寬的方法，等效降低采樣率；針對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元輸出數(shù)據(jù)位寬與數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入位寬不匹配的問(wèn)題，通過(guò)并串轉(zhuǎn)換技術(shù)與數(shù)據(jù)映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)512bit輸出數(shù)據(jù)位寬到64bit數(shù)據(jù)位寬的轉(zhuǎn)換，滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)據(jù)位寬與輸入數(shù)據(jù)順序的要求。
　　4、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)。根據(jù)指標(biāo)要求，選擇MAXIM公司的MAX19693高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），輔以時(shí)鐘電路、輸出接口等電路，滿足最高4GSPS采樣率數(shù)模

5、轉(zhuǎn)換的要求；設(shè)計(jì)精密直流電平發(fā)生器作為DAC的參考電壓，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)幅度的精密可調(diào)；研究數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出滿度電流與正弦波形純度的關(guān)系，選擇合適的參考電流達(dá)到輸出諧波與非諧波失真的指標(biāo)要求。
　　與數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊聯(lián)調(diào)，形成完整的波形合成單元。測(cè)試結(jié)果表明：該波形合成單元能夠?qū)崿F(xiàn)10MSPS-4GSPS采樣率，10kHz-1.5GHz頻率的多種波形，0-64M點(diǎn)的波形偏移調(diào)節(jié)范圍，8點(diǎn)的波形偏移調(diào)節(jié)分辨率?？商峁┳罡邘?.5GHz的復(fù)雜