[发明专利]一种可调幅调相的正弦波产生装置及方法

权利要求书

1.一种可调幅调相的正弦波产生装置，其特征在于，包括FPGA(14)、D/A芯片(13)、加法器(3)、调幅积分器(4)、模拟开关(6)、带通滤波器(7)、调相鉴相器(8)、调相积分器(9)、调幅鉴相器(10)、90°相位延迟器(11)和180°相位延迟器(12)；

所述FPGA(14)通过其IO脚与模拟开关(6)的控制端连接以制模拟开关(6)的通断；FPGA(14)通过IO脚与D/A芯片(13)连接以控制D/A芯片(13)的输出；FPGA(14)通过IO脚与90°相位延迟器(11)连接；FPGA(14)通过IO脚与180°相位延迟器(12)连接；

所述加法器(3)有两个输入端，其中一个输入端通过导线与调幅鉴相器(10)连接，另一个输入端通过导线与D/A芯片(13)连接；加法器(3)的输出端通过导线与调幅积分器(4)的输入端连接；调幅积分器(4)的输出端通过导线与模拟开关(6)的输入端连接；模拟开关(6)的输出端通过导线与带通滤波器(7)连接；带通滤波器(7)的输出端通过导线与调相鉴相器(8)连接；调相鉴相器(8)的控制端通过导线与90°相位延迟器(11)连接；调相鉴相器(8)的输出端通过导线与调相积分器(9)的输入端连接；调相积分器(9)的输出端通过导线与带通滤波器(7)的控制端连接；带通滤波器(7)的输出端还通过导线与调幅鉴相器(10)的输入端连接；调幅鉴相器(10)的控制端通过导线与180°相位延迟器(12)的输出端连接；最终受FPGA(14)控制的调幅调相正弦波从带通滤波器(7)的输出端输出。

2.一种可调幅调相的正弦波产生方法，基于权利要求1所述正弦波产生装置，其特征在于，包括调相和调幅两部分，调相步骤如下：

(101)FPGA控制D/A芯片输出电压值V_in；加法器将输出电压V_in与调幅鉴相器输出的电压值V_p-180求和，加法器的输出为：

V_sum＝V_in+V_p-180

调幅积分器的输出为V_g，则V_g＝∫V_sumdt+V_g0，其中V_g0为调幅积分器的初始值；

(102)FPGA输出频率为ω₀，周期为T，占空比为50％的参考方波W_ref，控制模拟开关的导通与关短，记

其中V_H为逻辑高电平，V_L为逻辑低电平；

(103)模拟开关输出幅度为V_g,频率相位与参考方波W_ref相同的方波W₁；方波W₁的傅里叶展开为

(104)方波W₁经过带通滤波器后，成为频率为ω₀正弦信号V_out，此时

为信号经过带通滤波器后产生的相位延迟，一般

(105)V_out经过两个不同的鉴相器后分别用于正弦波的调频和调相；其中调相鉴相器将于参考方波W_ref相位差90°的方波W_ref-90作为鉴相基准，输出结果用于正弦波调相；调幅鉴相器将与参考方波W_ref相位差180°的方波W_ref-180作为鉴相基准，其输出结果用于正弦波调幅；

(106)对于调相部分，调相鉴相器以以W_ref-90为参考方波对V_out进行鉴相并产生信号输出，调相鉴相器的输出V_p-90为

调相积分器对调相鉴相器输出的V_p-90进行积分运算，调相积分器的输出V_p为

其中V_p0为V_p的初值；

(107)调相积分器的输出V_p通过作用于带通滤波器的电阻网络来调整带通滤波器的相位延迟若V_p不为0，则调相积分器会控制带通滤波器增加或减小相位延迟的改变会反过来影响调相积分器的输出V_p；

带通滤波器、调相鉴相器、调相积分器形成一个调相反馈系统，对于该调相反馈系统来说，其输出达到平衡态应的条件为

又因调相积分器输出达到平衡态的条件为此时带通滤波器的输出V_out表示为：

(108)滤波器的输出相位延迟为0，则滤波器的输出V_out与FPGA输出的参考方波W_ref相位相同，实现锁相；通过FPGA调整参考方波W_ref的相位，实现对输出正弦波的调相；

调幅步骤如下：

(201)对于调幅过程，由上述调相过程可知则以W_ref-180为参考方波的鉴相器对V_out的鉴相输出为

(202)加法器输出为

加法器的输出再经过调幅积分器、模拟开关、带通滤波器后，最终重新影响调幅鉴相器的输出；因此加法器、调幅积分器、模拟开关、带通滤波器和调幅鉴相器共同构成了一个调幅反馈系统；

(203)对于该调幅反馈系统，由于V_g＝∫V_sumdt+V_g0，则调幅反馈系统的平衡条件是调幅积分器的输出达到稳定，而调幅积分器输出V_g达到稳定平衡态的条件为

此时，即本方法最终输出的正弦波V_out为

其中因此FPGA通过调整D/A芯片调整V_in的值，实现调整正弦波的幅值。