[發明專利]一種函數信號發生裝置及方法

有效

• 申請號: 201110431671.X
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN103178814A
• 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: H03K7/08
• 分類號: H03K7/08
• 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

本發明是關于脈沖技術領域，尤其是關于脈沖寬度調制技術領域，具體來說是關于一種函數信號發生裝置及方法。

背景技術

在電子系統的測量、校驗及維護中，函數信號發生器被廣泛采用。隨著電子技術的發展，對函數信號發生器的要求也逐漸提高，需要函數信號發生器能夠產生更為豐富的調制信號，這其中就包括近些年來在測量、通信、功率控制與變換等領域中得到廣泛應用的脈沖寬度調制(PWM，Pulse?Width?Modulation)信號。

PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法，脈沖的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。隨著電力電子技術、微電子技術和自動控制技術的發展以及各種新的理論方法的應用，出現了多種PWM控制技術，包括正弦波PWM法、硬件調制法、梯形波與三角波比較法等等。采用這些方法產生的PWM信號都是數字形式的，不適用于函數信號發生器。

現有技術中，基于DDS(直接頻率合成)技術的函數信號發生器都采用波表的方式生成任意波形，包括脈沖，其基本原理是將一個周期的脈沖存儲在波形存儲器中，然后以跳點的方式從這個波形存儲器中取出脈沖并輸出。這類函數信號發生器沒有用于邊沿控制的模擬電路，只能通過修改波表來修改邊沿時間，這會耗用很多處理器資源，而且一般都不支持PWM輸出。

現有技術中，函數信號發生器輸出的脈沖信號的邊沿時間一般都是可以設置的，PWM信號作為一種特殊形式的脈沖，其邊沿時間也應該是可以設置的。

圖1是現有技術提供的一種對脈沖的上升、下降邊沿時間的控制電路，控制電路利用電容對電壓具有的記憶性質，通過控制對電容的充放電電流進而控制電容輸出電壓的波形，如圖1所示，控制電路實現了對差分脈沖的上下沿時間的調整，對脈沖邊沿時間的調整過程如下：四個隧道二極管CR1、CR2、CR3、CR4構成高速開關切換網絡；三個電流源I₁、I₂、I_SUM對電容充電；兩個場效應管T₁、T₂構成高速開關，控制差分輸入信號的通斷。差分脈沖從Y_IN+和Y_IN-輸入。當輸入信號Y_IN+的上升沿到來時，Y_IN-幅度下降。此時T₁導通、T₂關斷。電容C₁放電，調整Y_OUT-的下降沿；電容C₂充電，調整Y_OUT+的上升沿。

電容充、放電時有如下的關系式：CU＝∫Idt，從這個公式中要計算出脈沖的邊沿時間比較困難，可以將流過電容的電流近似看作一個三角波，由此可得到脈沖上升、下降時間與脈沖幅度、充放電電流和電容之間的關系式為：T≈2CU/I。因此，改變電流源I₁、I₂、I_SUM和電容C₁、C₂的大小即可調整脈沖的上升、下降時間。

為了以皮秒級的速度切換電容電路給高速脈沖的上、下邊沿充放電，圖1中的開關切換網絡采用了隧道二極管，雖然速度快、工作頻率高，但熱穩定性較差。

在信號發生器中，邊沿時間是任意可設的，就圖1電路而言，只能通過兩種方式控制邊沿時間。(1)采用多級電容網絡代替圖1中的C1、C2，針對不同的邊沿時間，需要切換不同標值的電容，控制起來較為復雜，只能用于邊沿時間的粗放控制；(2)修改電流源I₁、I₂、I_SUM的輸出電流，常用的一種做法是通過修改參考電壓來控制電流源的輸出電流，而參考電壓是由控制器通過數模轉換器來調整的。

因此，采用圖1模擬器件組成的控制電路控制脈沖邊沿時間是比較復雜的，成本較高，穩定性差。

發明內容

為克服現有技術中邊沿控制電路調整PWM信號上下邊沿時間成本高、穩定性差的問題，本發明提供一種函數信號發生裝置及方法。

本發明提供一種函數信號發生裝置，所述的函數信號發生裝置包括：

偏移乘法器單元，用于接收調制源信號和調制偏移系數，生成偏移量；

脈寬加法器單元，用于接收所述的偏移量和初始脈寬，生成脈沖寬度閾值；

周期計數器單元，用于在調制開始后計數并生成計數結果；

比較器單元，用于接收所述的計數結果與所述的脈沖寬度閾值并進行比較，生成脈沖起始位置信息和脈沖結束位置信息；