[發明專利]一種具有幅度補償功能的信號發生器及其方法

有效

• 申請號: 201110431520.4
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN103178779A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 丁新宇;王悅;王鐵軍;李維森
• 申請（專利權）人: 北京普源精電科技有限公司
• 主分類號: H03B5/04
• 分類號: H03B5/04;H03L7/24
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明涉及測試測量技術領域，特別是一種具有幅度補償功能的信號發生器及其方法。

背景技術

信號發生器作為一種信號源，因其能夠產生不同頻率、不同形狀的波形，在電子系統的測量、校驗及維護中得到了廣泛的應用。信號發生器不僅輸出波形，為了便于用戶的測試測量，同時還輸出同步信號。在電子、通信、計算機等領域，同步信號具有各種各樣的定義。在本發明中，同步信號特指同步于信號發生器輸出波形的一個脈沖信號。

隨著可編程邏輯技術的發展，很多廠商都采用DDS技術和FPGA技術實現信號發生器。直接數字合成(Direct?Digital?Synthesis，以下簡稱DDS)是目前頻率合成中的一種主要技術，具有低成本、高分辨率、快速轉換時間、可以產生任意波形以及切換時輸出波形相位連續等特點，在信號發生器設計中被廣泛采用。

圖1為典型的采用DDS技術的信號發生器實現掃頻功能的結構框圖。其中，數字信號處理器(DSP)將用戶設置的各個掃頻參數配置給FPGA內部的寄存器，從而控制DDS的工作模式。FPGA實現DDS的功能，其內部結構如圖2所示。使用兩個累加器分別累加頻率基量和頻率增量，二者之和作為波形存儲器的讀地址。波形存儲器存儲的是載波的波形樣點，根據讀地址輸出波形樣點。數模轉換器將波形存儲器輸出的數字量轉換為階梯波。濾波器的作用是抑制階梯波中的雜波，輸出相對平滑的波形。模擬通道是對輸出信號的幅度作進一步的處理，例如幅度精調、放大、衰減、偏移等。

為了準確測量被測網絡的幅頻特性，作為測試源的掃頻信號在頻率變化過程中，其幅度應該是恒定不變的。然而，如圖1結構的現有信號發生器的掃頻信號的幅度平坦度較差。這主要是由于該結構中由DAC、濾波器、模擬通道構成的信號系統的幅頻特性曲線是不平坦的，因此即使在帶寬范圍之內，上述DDS信號發生器的輸出的不同頻率的波形的幅度也是不一致的。究其原因可分別從這三個部分進行分析。

(1)DAC：目前DAC實現的都不是理想的單位沖擊采樣，其傳遞函數大多具有SINC函數的包絡特性，或者其它非線性的包絡形狀。

(2)濾波器：DDS信號發生器中常選用過渡特性陡峭的濾波器濾除正弦信號的諧波；但由于組成濾波器的元件品質因數不夠大，在截止頻率范圍內的頻率響應曲線有下凹或變圓滑，或者有紋波形狀；

(3)模擬通道：模擬通道中的放大電路主要由運算放大器組成，根據運算放大器的頻率響應特性，運算放大器對高頻信號的幅度有衰減。

上述因素很大程度上影響了輸出信號的幅度平坦度。為了解決這個問題，DDS信號發生器在出廠前都有一個校準的過程：利用萬用表、功率計等儀器獲取幅頻特性曲線；根據幅頻特性曲線的倒數由軟件計算幅度精調系數。但這種軟件校正的方法只能實現點頻上校正，而掃頻時輸出信號的頻率是在變化的，因此無法實現掃頻時的幅度補償。

發明內容

本發明的主要目的在于解決現有技術中存在的問題，提供一種具有幅度補償功能的信號發生器及其方法，用以解決掃頻時的幅度平坦度問題。

本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的：

一種具有幅度補償功能的信號發生器，包括：FPGA模塊、DAC模塊、低通濾波器和模擬通道；所述FPGA模塊用于生成掃頻信號；該掃頻信號依次通過DAC模塊、低通濾波器和模擬通道進行處理，形成最終輸出的掃頻信號；其特征在于：所述FPGA模塊包括：時鐘模塊、掃頻時間累加器、掃頻曲線存儲器、偏移乘法器、頻率字加法器、頻率累加器、載波存儲器、幅頻補償單元和補償乘法器；

所述時鐘模塊，用于為FPGA模塊內部其他模塊提供主時鐘；

所述掃頻時間累加器，用于以掃頻時間控制字累加生成掃頻時間累加值，并將該掃頻時間累加值分別發送至掃頻曲線存儲器和幅頻補償單元；

所述掃頻曲線存儲器，用于基于預先設置的掃頻曲線，根據所述掃頻時間累加值輸出對應的掃頻曲線樣點；

所述偏移乘法器，用于將所述掃頻曲線樣點與掃頻偏移系數相乘，得到掃頻頻率字的增量；

所述頻率字加法器，用于將所述掃頻頻率字的增量與基本掃頻頻率字相加，得到載波掃頻頻率字；

所述頻率累加器，用于對所述載波掃頻頻率字進行累加，得到載波存儲器讀地址；

所述載波存儲器，用于根據所述載波存儲器讀地址讀取所存載波樣點集的對應樣點，并輸出該輸出載波；

所述幅頻補償單元，用于根據所述掃頻時間累加值讀取所存幅頻補償曲線的對應樣點，并輸出該輸出補償；