[发明专利]交流电子负载中的快速跟踪任意波形发生器

说明书

技术领域

本发明涉及交流电子负载领域，具体为一种可跟随输入同相位变化的任意波形发生器，具有迅速跟踪的能力，具有多种可调整的参数。

背景技术

1、现阶段，交直流电子负载是一种基本测量仪器，可模拟各种类型的交直流负载。在作为交流负载运行时，该仪器需要一个可跟随输入快速准确变化的任意波形发生器，以其产生的波形作为电流的波形以模拟各类负载。现阶段多采用模拟锁相环技术来实现该种类型的波形发生器，数字DDS合成技术在其他领域已有广泛的应用，但具有跟踪并进行多参数控制的波形合成领域，尚未应用。

2、波形发生器的性能直接决定了电子负载的性能。传统电路采用了锁相环电路来实现对输入的跟踪，锁相环电路虽然工作稳定，误差小，但其基于模拟电路，调节速度慢，在该种跟踪方式的应用下，一般不能实现100ms以下的快速跟踪，且具有频率响应速度不线性等缺陷，不能满足高性能的电子负载的要求。

发明内容

针对上述的问题，本实用新型提供了一种全数字化控制的快速跟踪任意波形发生器，可使跟踪的速度由锁相环的100-3000ms迅速提高到1-30ms，且频率响应速度不线性的缺陷得到根本解决，频率响应范围可以达到模拟锁相环电路的2-3倍。

一种交流电子负载中的快速跟踪任意波形发生器，基于FPGA实现，包括：

一过零点比较器，具有滞回区间，将外部输入的电压信号转换为方波，该方波输入FPGA的周期计数器作为控制信号，该部分不设置在FPGA内部；

一输入周期计数器，以FPGA德内部时钟为基准，以上述输入方波为控制，通过对方波的边延判断完成对其的周期计数；

一输出周期计数器，与输出控制器连接，用于确定输出的波形的周期，输入数据源为输入周期计数器；

一移相输出计数器，与输出控制器连接，用于确定产生的波形与输入的波形之间的相位关系，输入数据源为SPI控制器通过输出控制器传送的数据；

一门控触发计数器，与输出控制器连接，用于确定周期内波形的输出的相对时段，输入数据源为SPI控制器通过输出控制器传送的数据(该功能类似于可控硅的触发波形)；

一SPI(同步串行接口)控制器，用于对输出控制器和波形算法控制器传送来的SPI指令进行分发及应答，在对指令和参数解析后分发给上述两个控制器；

一波形算法控制器，具有与SRAM连接的地址、数据和控制线，根据SPI控制器发出的指令，运算并产生波表，该波表在逐点产生时即被写入RAM；

一SRAM，与波形算法控制器及输出控制器连接，在波形算法控制器运算时与其相连接并存贮其产生的波形数据；在输出时，与输出控制器连接并读出SRAM中的数据以用做输出；

一输出控制器，连接SRAM、SPI控制器、输出周期计数器、输入周期计数器、移相输出计数器、门控触发计数器，用于对波形的输出进行控制，通过读取SRAM中的数据，并结合上述计数器的参数对波形进行综合调整，以输出符合外部控制器要求的波形；

一DAC，连接输出控制器，对输出的数据进行数模转换，以得到模拟的波形输出，该部分也不设置在FPGA内部。

优选的，上述波形算法控制器产生的波表为最多产生8种类型的720个字节的存贮空间，采用8位数据长度。上述SRAM具有该SRAM具有8*720个字节的存贮空间，采用8位数据长度。上述DAC为8位DAC。

工作时，该波形发生器具有2个基本的工作状态，一为设置状态，一为输出状态。

在设置状态下，SPI控制器、波形算法控制器及SRAM参与工作；SPI控制器接收到来自其他控制器的控制指令与控制参数，从中取出指令进行分发，波形算法控制器接收到SPI控制器转送的指令与参数产生出720点的8位的周期波形数据，并逐点存入SRAM，指令最多可控制并产生8组720点的波形数据。

在SPI控制的通讯与设置状态结束后，外部控制器可发送指令使FPGA进入输出状态，SPI控制器在接收到该指令后，将该指令解析后分发至输出控制器和波形算法控制器，2个控制器进行一些针对输出方面的控制操作。例如：SRAM由写状态更改为读状态，波形算法控制器释放地址线和数据线输出控制器使用等。

在由设置态转变为输出状态下的时候，静态SRAM中已经具有运算好的数据，各控制线已经就绪，输出控制器中一些相关的寄存器已经有输出需要的参数(这些参数也可有可能在输出运行中由SPI控制器改变从而实现在线调节)。