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专利名称：可编程高频脉冲信号发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号发生器，特别是一种可编程高频脉冲信号发生器。
背景技术：
信号发生器在各种需要信号输入的实验仪器和系统中有着广泛的应用。具体地说，不同的输出信号有各自独特的应用，不可替代。例如有严格同步的参考信号输出的信号发生器，在小光斑测量系统中就是必要的(《测量大数值孔径光学系统小光斑的方法》，徐文东，干福熹，中国激光，2003年，第30卷，第2期，第171-174页)，主输出信号接声光调制器作为调制信号，其输出幅度可以调节，与其严格同步的参考信号接锁相放大器以便解调，参考信号输出幅度不应随主输出信号幅度的变化而变化；可输出方波、脉冲串、锯齿波、正弦波等信号的函数信号发生器用于给设计的电路施加理想中的波形以验证其性能；任意波形信号发生器则可以用于过脉冲、尖峰、阻尼瞬变、频率突变等因素对电路可能产生的毁灭性后果进行检测，这对应用于航天、军事、铁路和一些情况比较复杂的、重要领域的电路尤其重要。
在先技术可编程任意数字信号发生器(实用新型专利，申请号93207151.1)中，如图1所示装置以8031单片机为核心，包括键盘与显示器01、时钟电路03、外触发输入电路04、波形数据存储器05、波形长度控制器06、频率合成器07、地址发生器08、和D/A转换器09。工作时，8031单片机计算任意波形的数据并写到图1的波形数据存储器5，再读出或直接从波形数据存储器读出周期波形数据，最后由D/A变换电路实现输出可编程信号。虽然它具有输出频率分辨率高、频率的置定重复性好和可以实现频率的程序控制的优点，但是仍然存在一些不足
1)结构复杂，外围电路集成度不高，升级扩充困难；2)8031单片机的数据寻址范围有限，表容量不高；数据总线位数低，输出信号精度低；指令周期不够短，运算数速度慢；总线结构不利于数据处理，指令效率差，在产生高频信号方面具有很大困难；3)没有可提供输出信号严格同步或有一定固定延迟时间的相同波形或不同波形参考信号的同步输出端；4)D/A转换电路后面没有功率放大和低阻抗输出电路，不便于直接接负载。

发明内容
本发明要解决的问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种可编程高频脉冲信号发生器，它应具有结构简单，易于升级扩充功能，可产生高频信号、周期信号、任意波形信号，可提供多路同步输出的特点。
本发明的基本思想是1)采用DSP入门套件DSK板、高速D/A转换器及低输出阻抗功率放大电路构成信号发生器。DSK板上集成了在先技术中除D/A转换器，8031单片机外的所有外围电路或功能，并具有一个子板扩展槽。我们把高速D/A转换器及低输出阻抗功率放大电路部分设计成一块子板，接在子板扩展槽上。结构简单，扩充功能只需更换子板或扩充子板。
2)DSK板上的DSP数字信号处理芯片取代在先技术中的8031单片机，与之相比，DSP数字信号处理芯片数据寻址范围大；16位或32位数据宽度，输出信号精度高；指令周期短；数据和指令分开存储，流水线操作，具有专用的硬件乘法器和特殊的指令集，指令效率高，能产生时间间隔很短的16位或32位数字信号，在产生高频高精度信号方面具有很大优势，更适合实现可编程高频脉冲信号发生器。
3)子板上的两路高速D/A转换器转换16位或32位的离散数字信号，并用DSP芯片的写信号控制高速D/A转换器实现多路信号间的同步或延迟；4)低输出阻抗功率放大电路实现信号的功率放大和低阻输出，方便接负载。
本发明的技术解决方案如下一种可编程高频脉冲信号发生器，该发生器的构成是计算机通过DSK板上的并口与DSK板相连，主信号D/A转换芯片和参考信号D/A转换芯片的数据输入端与DSK板上子板槽相连，主功率放大器的输入端与主信号D/A转换芯片输出连接，输出与主输出端连接；参考功率放大器的输入与参考信号D/A转换芯片输出连接，输出与参考输出端连接。
所述的主信号D/A转换芯片、主功率放大器、主输出端和参考信号D/A转换芯片、参考功率放大器和参考输出端集成在一起形成子板，与DSK板上子板槽相连。
与在先技术相比，本发明的优点(1)采用DSK板做离散数字信号的产生部分，不需要给DSP芯片自行设计外围接口电路，DSK板已包含了DSP芯片、外部随机存储器(SRAM)，闪存(FLASH)、仿真接口、与上位机通讯的并口以及子板接口，可方便调试、上位计算机控制也可以独立运行和子板扩充(D/A转换器及功率放大电路可做成子板插在子板槽上，由于DSK板的批量生产，其价格很低，有利于降低本发明装置的成本。
(2)由于内部程序通过仿真接口调试设定后可独立运行，也可与计算机进行实时通讯，本发明的可编程高频脉冲信号发生器可以产生输出幅度和脉冲宽度可计算机控制的单脉冲，输出幅度、脉冲宽度和延迟时间可计算机控制的连续脉冲，数字信号处理器(DSP)生成的其它波形以及上位计算机存储的任意波形，并可同时提供与其严格同步或有一定固定延迟时间的相同波形或不同波形的参考信号，参考信号的幅度、延迟时间以及波形也是由计算机完全控制的。
(3)高速D/A转换器及低输出阻抗功率放大电路可以做在一起，作为子板插在DSK板上的子板槽上，装配简单，也有利于今后的维护、升级和更新。总之，与单纯的高频信号发生器相比，价格低廉，功能强大。


图1为在先技术可编程任意数字信号发生器的原理示意图。
图2为本发明基于DSP数字信号处理器的原理示意图。
图3为本发明实施方案中D/A转换器件的结构图。
图4为本发明实施方案中输出信号的几种形式。
具体实施例方式本发明可编程高频脉冲信号发生器的实施例方框图如图2所示，由图可见，本发明可编程高频脉冲信号发生器的构成是计算机(11)通过DSK板(12)上的并口(1201)与DSK板(12)相连，主信号D/A转换芯片(13)和参考信号D/A转换芯片(18)的数据输入端与DSK板(12)上子板槽(1202)相连，主功率放大器(14)的输入端与主信号D/A转换芯片(13)输出连接，输出与主输出端(15)连接；参考功率放大器(17)的输入与参考信号D/A转换芯片(18)输出连接，输出与参考输出端(16)连接。
本实施例离散数字信号发生部分的DSK开发板2采用TI公司的TMS320VC5402 DSK开发板，这块DSK开发板上有输出16位的指令周期10ns的数字信号处理器(DSP)芯片、64K的外部SRAM、56K的FLASH存储器、JTAG测试总线控制器、扩展子板的接口即子板槽1202和与主机相连的并口1201等设备。DSK板上的DSP数字信号处理器可以有多种不同的引导模式，以适应DSK使用的不同场合。例如使用JTAG调试器实现仿真的缺省模式；主机的软件或驱动程序将经由并口来装载内存时的HPI(主机端口界面)模式；使用8、16、32位的ROM或FLASH存储器来引导DSK的模式，这种模式下DSK开发板可独立运行，不需接上位机。实际设计中一般用后两种引导模式，第三种模式，程序被烧入FLASH，既可以使DSK开发板独立运行，又可保证程序难以被别人借用，本发明为扩展应用，在实施例中采用第二种引导模式。数模转换部分的两路D/A转换芯片——主信号D/A转换芯片13和参考信号D/A转换芯片18采用AD9732，AD9732是十位的高速数模转换芯片，转换时间为5ns，有一个数据锁存器。锁存信号Clock的上升沿触发数据的锁存，送给D/A转换网络产生模拟信号输出。芯片结构如图3。
信号发生器构成如图2，计算机11和DSK开发板12通过并口1201通讯，产生任意波形的程序通过DSP芯片处理后输出离散的数字信号，16位的输出线分开，高十位给主信号D/A转换芯片13，低6位给参考信号D/A转换芯片18。注意6位数据线接10位D/A转换器时，把D/A转换器低8位两两分成四股，加上高两位共6股接6位输入数据或者把6位数据线直接接10位D/A转换器的高6位。两个D/A转换芯片的数据锁存器分配同一地址，用DSP芯片的写信号W通过非门后供给两路D/A转换芯片的Clock管脚。DSP输出离散数字信号时，Clock管脚有上升沿信号，上升沿将数字信号同时锁存在各D/A芯片的数据锁存器中，然后转换输出同步模拟信号。以指令周期10ns的DSP5402数据处理器和指令5ns的高速D/A转换芯片构成信号发生器可以输出30ns的单脉冲、高频的连续脉冲和方波。或者采用指令周期更短的32位浮点型DSP的开发板DSK，输出32位数据可满足两路10位AD9732芯片，这样与前例相比每路D/A转换器的精度都可以得到保证。
D/A转换器后接功率放大器——主功率放大器14和参考功率放大器17，实现功率放大和阻抗变换功能，把高输入阻抗变成50欧姆或75欧姆的低输出阻抗，方便接负载。
图4是本发明可编程高频脉冲信号发生器在光盘材料介质静动态测试系统中产生的信号。如图所示静态a是写、擦状态信号，信号发生器发出幅度和脉宽可调的单脉冲给声光调制器，激光通过声光调制器在测试材料上打点，完成写、擦操作。
静态b1也是由信号发生器输出给声光调试器用来调试激光，b2是b1的同步信号，最后都输入到解调器，b2作为b1解调的参考信号。动态a1跟静态b1作用一样，但是动态a2和b2是信号发生器提供给扫描部件的信号，这是静态测试没有的，动态b1是信号发生器提供给声光调制器用来做读操作的信号。这些信号因为是周期信号，所以波形数据是写好在DSK板上的FLASH里的，计算机直接输入要求输出信号的波形和参数控制DSP芯片读出这些波形数据就可以了。
权利要求
1.一种可编程高频脉冲信号发生器，其特征在于该发生器的构成是计算机(1)通过DSK板(2)上的并口(201)与DSK板(2)相连，主信号D/A转换芯片(3)和参考信号D/A转换芯片(8)的数据输入端与DSK板(2)上子板槽(202)相连，主功率放大器(4)的输入端与主信号D/A转换芯片(3)输出连接，输出与主输出端(5)连接；参考功率放大器(7)的输入与参考信号D/A转换芯片(8)输出连接，输出与参考输出端(6)连接。
2.根据权利要求1所述的可编程高频脉冲信号发生器，其特征在于所述的主信号D/A转换芯片(3)、主功率放大器(4)、主输出端(5)和参考信号D/A转换芯片(8)、参考功率放大器(7)和参考输出端(6)集成在一起形成子板，与DSK板(2)上子板槽(202)相连。
全文摘要
一种可编程高频脉冲信号发生器，该发生器的构成是计算机通过DSK板上的并口与DSK板相连，主信号D/A转换芯片和参考信号D/A转换芯片的数据输入端与DSK板上子板槽相连，主功率放大器的输入端与主信号D/A转换芯片输出连接，输出与主输出端连接；参考功率放大器的输入与参考信号D/A转换芯片输出连接，输出与参考输出端连接。本发明具有结构简单、易于升级扩充功能、可产生高频信号、周期信号、任意波形信号和可提供多路同步输出的特点。
文档编号G01R1/00GK1570652SQ20041001816
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月9日 优先权日2004年5月9日
发明者徐文东, 杨金涛, 高秀敏, 周飞, 张锋 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所