[實(shí)用新型]一種基于FPGA的多功能信號發(fā)生器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520385364.6
• 申請日: 2015-06-08
• 公開（公告）號: CN204731577U
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎燕兵;萬生鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

????本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的多功能信號發(fā)生器。

背景技術(shù)

????在光纖通信技術(shù)和分布式光纖傳感技術(shù)中，往往需要對在光纖內(nèi)傳輸?shù)妮d有有用信號的光載波信號做相應(yīng)的調(diào)制處理后再繼續(xù)向后方傳輸，以便能夠在信號接收端接收到按一定規(guī)律變化的光信號，進(jìn)而有利于將所接收到的具有一定變化規(guī)律的光信號轉(zhuǎn)換為方便處理和觀察的電信號。然而，要對在光纖中傳輸?shù)墓庑盘栕鱿鄳?yīng)的信號調(diào)制處理，首先必須解決調(diào)制信號的產(chǎn)生問題，尤其是產(chǎn)生穩(wěn)定性好和頻率可調(diào)的各種脈沖信號、正弦信號以及方波信號等中低頻調(diào)制信號，對在信號接收端做信號的轉(zhuǎn)換與處理至關(guān)重要。因此，如何做到既能降低成本又能方便地產(chǎn)生出各種可滿足不同使用場合和不同使用要求的調(diào)制信號成為了光纖通信與光纖傳感領(lǐng)域中重要的一環(huán)。

????針對現(xiàn)有的商品化的信號發(fā)生器通常功能單一、可產(chǎn)生的信號類型少、儀器體積大而笨重且價(jià)格昂貴、使用環(huán)境受限制等問題，同時(shí)鑒于近年來蓬勃發(fā)展的FPGA器件具有低成本、高度集成化與小型化、靈活的接口方式和控制方式、高速的運(yùn)算能力和高性能等優(yōu)勢，以FPGA為硬件平臺，借助相應(yīng)的開發(fā)軟件和硬件描述語言來設(shè)計(jì)各種控制電路更顯方便和靈活，且可用于多種工作場合。因此，采用FPGA器件來設(shè)計(jì)各種控制電路不僅能替代許多傳統(tǒng)的儀器設(shè)備并且實(shí)現(xiàn)更多的功能，同時(shí)也能縮減相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)成本以及縮小相應(yīng)儀器設(shè)備的體積。

實(shí)用新型內(nèi)容

????本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有信號發(fā)生器可產(chǎn)生的信號類型少、體積龐大且使用環(huán)境受限等技術(shù)的不足，提供一種基于FPGA的多功能信號發(fā)生器，它具有可產(chǎn)生任意中低頻調(diào)制信號并且能同時(shí)輸出一種DDS信號及一種脈沖信號的功能和優(yōu)點(diǎn)。

????本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于FPGA的多功能信號發(fā)生器包括晶振電路、PLL倍頻電路、分頻電路、多種脈沖信號合成電路、脈沖選擇與調(diào)節(jié)模塊、脈沖信號調(diào)理電路、DDS信號發(fā)生模塊、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器，PLL倍頻電路接收晶振電路的輸出時(shí)鐘信號并且對其做倍頻后同時(shí)輸出兩路倍頻信號Ⅰ和Ⅱ，倍頻信號Ⅰ作為DDS信號發(fā)生模塊及D/A轉(zhuǎn)換器的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘信號，DDS信號發(fā)生模塊和低通濾波器之間連有12位的D/A轉(zhuǎn)換器，倍頻信號Ⅱ經(jīng)過分頻電路分頻后同時(shí)輸出一個(gè)占空比為1:1的分頻信號Ⅲ和多個(gè)低占空比的單脈沖信號束Ⅳ，多種脈沖信號合成電路接收分頻電路輸出的多個(gè)低占空比的單脈沖信號束Ⅳ，多種脈沖信號合成電路輸出端與脈沖選擇與調(diào)節(jié)模塊輸入端連接，脈沖選擇與調(diào)節(jié)模塊的輸出端連接脈沖信號調(diào)理電路的輸入端，而將分頻電路輸出的占空比為1:1的分頻信號Ⅲ作為D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)模轉(zhuǎn)換工作時(shí)鐘信號。

????所述的FPGA包括PLL倍頻電路、分頻電路、多種脈沖信號合成電路、脈沖選擇與調(diào)節(jié)模塊、DDS信號發(fā)生模塊，所述的晶振電路和FPGA同在一塊FPGA開發(fā)板上，所述的脈沖信號調(diào)理電路、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器為外接的信號處理設(shè)備。PLL倍頻電路輸出的倍頻信號Ⅰ和倍頻信號Ⅱ的頻率可由下述公式確定：

?????,?????????（公式1）

????為晶振電路輸出的時(shí)鐘信號頻率，和為在PLL宏功能模塊中設(shè)置的倍頻系數(shù)，其中對應(yīng)頻率，對應(yīng)頻率。

????所述的多種脈沖信號合成電路可同時(shí)生成單脈沖信號、雙脈沖信號、以及三脈沖信號。

所述的脈沖選擇與調(diào)節(jié)模塊包括脈沖類型選擇電路、調(diào)頻電路和脈沖寬度調(diào)節(jié)電路，脈沖類型選擇電路根據(jù)需要選擇輸出單脈沖信號、雙脈沖信號、或者三脈沖信號，調(diào)頻電路可以調(diào)節(jié)脈沖信號的重復(fù)頻率，脈沖寬度調(diào)節(jié)電路既可調(diào)節(jié)單脈沖信號的脈寬，也可調(diào)節(jié)雙脈沖信號的兩個(gè)單脈寬及其之間的間距，還可調(diào)節(jié)三脈沖信號的三個(gè)單脈寬及其相鄰兩個(gè)單脈沖之間的間距，單脈沖信號的脈寬、雙脈沖信號的單脈寬及其兩個(gè)單脈沖之間的間距、以及三脈沖信號的三個(gè)單脈寬及其相鄰兩個(gè)單脈沖之間的間距的調(diào)節(jié)步進(jìn)量都通過下式確定：

???????????（公式2）

?????上式中，為單脈沖信號的脈沖寬度、雙脈沖信號和三脈沖信號的單脈寬以及各自相鄰兩個(gè)單脈沖之間間距調(diào)節(jié)的步進(jìn)量，單位為納秒(ns)，為晶振電路輸出的時(shí)鐘信號主頻率，單位為兆赫茲(MHz)，為倍頻系數(shù)。