[发明专利]一种九分量混合信号发生器及九分量混合信号发生方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及九分量混合信号发生器，混合信号包括1个直流分量、1个脉冲分量、7个正弦分量，特别涉及一种波形复杂、多分量独立叠加的低成本混合信号发生器。

（二）背景技术

任意波发生器已其能产生复杂的波形在电子测试及激励模拟方面有着广泛的应用，已经成为一种基础电子测量仪器。任意波形发生器的波形发生电路包括三大部分：用于波形数据传输的外部接口电路（如USN、LAN等），数字逻辑电路和模拟电路。数字逻辑电路由控制逻辑、波形存储器、相位累加器等单元组成DDS电路，以较高速率向模拟电路部分输出波形数据；模拟电路部分由波形变换DAC、幅度设置DAC、低通滤波器、乘法器等单元组成，DAC以相同速率接收数字电路部分输出的波形数据。

任意波形发生器的技术提升主要有三：一是波形变换DAC转换速率的提高及相关高速电路设计，二是波形存储容量的扩充，三是任意波形生成方法及波形数据传输。任意波形数据的来源主要有二：一是直接采集的现实信号时间序列，二是复杂的时间函数等时间间隔抽样后的时间序列。

自然界的信号是复杂的，往往是多个来源的独立信号的混合；根据傅里叶变换原理，单个复杂的周期信号可以展开成多级正弦谐波之和。自然信号用电信号模拟时，往往还带有直流分量和脉动，因此用直流分量、多个脉冲分量和正弦分量的混合可以很好地模拟真实的自然信号。然而任意波形发生器在模拟多个分量混合形成的复杂波形时，无能是在操作便捷程度和波形真实程度上，都存在重大缺陷。

当混合信号的一个或多个参数需要改变时，将使任意波形数据全部变化。计算机首先要重新计算生成新的波形数据，然后通过外部接口将新的波形数据传送到任意波发生器，任意波发生器再将新的波形数据变换为复杂波形。每改变一次参数，就需要重复上述过程一次，操作繁琐，而且需要由计算机辅助，参数改变所需时间长；如果没有计算机辅助，混合信号参数改变几乎无法实现。

若干个独立分量形成的混合信号在时间上可视为一个随机信号。但是由于任意波发生器的波形存储器容量有限，其输出任意波形在时间上仍然是一个周期性信号，且复杂时间函数量化形成会产生截断误差。当任意波发生器长时间输出信号后，因其波形的周期性和截断误差的累计，与独立分量叠加的混合信号理想值相比，会产生失真，时间越长，失真越大。

用多台函数/任意波发生器输出信号叠加可以模拟所需的多分量混合信号。仪器的增多会带来诸多不便；每台仪器时基不同源，随时间增加也会造成叠加信号波形失真加大。

（三）发明内容

本发明的目的在于提供一种波形发生的数字电路部分无须使用存储器，只需使用单片FPGA；模拟电路部分无须使用集成DAC和模拟乘法器，只需使用常用运算放大器、模拟多路开关，以及电阻、电容、电感元件，硬件成本低的九分量混合信号发生器。

本发明的目的是这样实现的：它包括可编程逻辑器件和模拟电路单元，可编程逻辑器件内设置有微处理器接口单元、时钟发生电路单元、幅度控制逻辑单元、脉冲控制逻辑单元和7个相频控制逻辑单元，微处理器接口单元连接时钟发生电路单元，微处理器接口单元、时钟发生电路单元分别连接幅度控制逻辑单元、脉冲控制逻辑单元和7个相频控制逻辑单元，时钟发生电路单元、幅度控制逻辑单元、脉冲控制逻辑单元和7个相频控制逻辑单元分别连接模拟电路单元。

本发明还有这样一些技术特征：

1、  所述的时钟发生电路单元包括数字锁相环倍频单元、偶数分频单元和计数器分频单元，外部晶振连接数字锁相环倍频单元，数字锁相环倍频单元分别连接偶数分频单元和计数器分频单元，偶数分频单元和计数器分频单元分别连接幅度控制逻辑单元、脉冲控制逻辑单元和7个相频控制逻辑单元，偶数分频单元连接模拟电路单元；

2、  所述的幅度控制逻辑单元包括九分量幅度参数设置电路、4选1总线数据开关和数据比较器，微处理器接口单元连接幅度参数设置电路，幅度参数设置电路连接4选1总线数据开关，4选1总线数据开关连接数据比较器，计数器分频单元分别连接4选1总线数据开关和数据比较器，数据比较器连接模拟电路单元；

3、  所述的脉冲控制逻辑电路包括脉冲参数锁存器、脉冲逻辑数控振荡器、脉冲逻辑相位加法器和数据比较器，数字锁相环倍频单元连接脉冲逻辑数控振荡器，脉冲逻辑数控振荡器连接脉冲逻辑相位加法器，脉冲逻辑相位加法器连接数据比较器，数据比较器连接模拟电路单元；