专利名称：具有脉冲信号产生功能的信号发生器和脉冲信号产生方法
技术领域：
本发明涉及一种信号发生器，特别涉及一种可以较精确控制产生脉冲信号脉宽的 的直接数字频率合成(DDS，Direct Digital Frequency Synthesis)信号发生器。
背景技术：
信号发生器作为常见的激励源，已经被广泛的应用到科学研究以及工业工程领 域。信号发生器的一个典型应用就是在实验室中模拟各种信号，作为待测电路和系统的输 入激励，为测试待测电路和系统的各种性能指标提供模拟环境。传统意义上的信号发生器 按其信号波形分为四大类(1)正弦信号发生器主要用于测量电路和系统的频率特性、非 线性失真、增益及灵敏度等；( 函数(波形)信号发生器产生某些特定的周期性时间函 数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波)信号，除可供通信、仪表和自动控制系统 测试用外，还广泛用于其他非电测量领域；C3)脉冲信号发生器产生宽度、幅度和重复频 率可调的矩形脉冲的发生器，可用于测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷 达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能；(4)随机信号发生器可用于模拟实际工作条件 中的噪声，将产生的随机信号引入待测系统，从而测定系统性能；可以给被测系统外加一个 已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；还可以用随机信号代替正弦或脉冲信 号，以测定系统动态特性等。其中，脉冲信号发生器一般采用传统的脉宽调制方法调整脉冲 宽度。中国发明专利申请公布说明书(公开号CN101183824A、申请号 2007101^911. 9、发明名称用于脉冲宽度调制的方法和装置)公开了一种占空比控制电 路100，请参照图1，其包括脉冲宽度调制电路110和振荡器140，脉冲宽度调制电路110从 振荡器140接收定时信号^。140，以产生脉冲宽度调制信号130，即图1中的电压VPWM。定 时信号^bcHO可以是电压也可以是电流，且是周期性的，其周期为TQSC。定时信号^bcHO在 周期Τ.的系数k为低值，在周期Tffi。的剩余系数为高值。脉冲宽度调制信号130在周期 Tosc的系数D为高值，这里D为占空比，脉冲宽度调制电路110还接收控制电流1。120。控制 电流Ic120调节占空比D。请参照图2，曲线200表示占空比D怎样响应控制电流Ic而变化。占空比D在控 制电流小于Ib时为最大值Db，且在控制电流大于Ia时为最小值Da。当控制电流为值Ix，其 在Ia和Ib之间时，占空比值为Dx，其在Da和Db之间。在控制电流Ia和Ib之间，脉冲宽度 调制器的增益为斜率_m。在图2中，脉冲宽度调制器增益m具有倒数安培数的单位。请一并参照图3和图4，占空比控制电路300为占空比控制电路100的具体实施 例，其可以产生类似曲线200的响应。如图所示，电路300接收控制电流1。120。电流源305 从控制电流1。120中减去IB。在电流反射镜352的输入端，晶体管310接收控制电流Ic120 和来自于控制电流305的电流。之间的差。电流反射镜352的晶体管310和315具有1 M 的各自比率的强度，以使得镜像电流325为输入电流与比例系数M的乘积。振荡器150提供控制开关SJ78的定时信号340。当定时信号340为低值时，开关SJ78闭合以用电流充电电容器Cd376，该电流为来自电流源345的电流I1和通过整流 器354的电流的电流之和。当来自电流源335的电流和镜像电流325之间的差为正时，通 过整流器354的电流为该差。当镜像电流325大于来自电流源335的电流时，通过整流器 354的电流为零。整流器邪4包括二极管。通过比较器360比较电容器Cd376上的电压Vd356和参考电压Vkef372。当电压 Vd356大于参考电压Vkef372时，比较器360的输出370为高值。当电压VD356小于参考电压 Veef372时，比较器360的输出370为低值。延迟电路366，以用于延迟来自振荡器150的信号的上升沿，在本处，是用于补偿 比较器360的非理想响应。来自延迟电路366的延迟定时信号358和比较器360的输出 370作为与门362的输入被接收。与门362的输出374控制开关$384。与门362的输出 374也是脉冲宽度调制信号330。当与门362的输出374为高值时，开关&384闭合以用电 流源382对电容器Cd376放电。可见，占空比控制电路100是通过电容器CD376上的电压VD356来产生脉冲宽度调 制信号330的，由于电容器Cd376上的电压Vd356为模拟量，而模拟量容易受外界影响，如温 度影响，造成脉冲宽度调制信号330的占空比不准确，即脉冲宽度不准确。
发明内容
为了解决现有技术产生脉冲信号脉冲宽度不准确的问题，本发明提供一种产生脉 冲信号的脉冲宽度较准确的信号发生器。同时，本发明还提供一种产生脉冲信号的脉冲宽度较准确的脉冲信号产生方法。一种信号发生器，其包括依序串联的一个控制系统、一个波形处理单元和一个波 形输出端，波形处理单元包括一个用于产生内部时钟信号的内部时钟单元、一个粗脉宽单 元、一个延迟单元和一个脉冲产生单元，所述控制系统用于根据一个脉冲宽度值计算出一 个第一时间长度和一个第二时间长度，并发送给所述波形处理单元，所述粗脉宽单元根据 所述第一时间长度产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边沿和第二 信号边沿间隔为所述第一时间长度，所述延迟单元根据所述第二时间长度，在所述第二信 号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信号边沿，所述脉冲产生单元根据 所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲。一种用于上述信号发生器的脉冲信号产生方法，包括如下步骤根据一个脉冲宽 度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度；根据所述第一时间长度产生一个第一 信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边沿和第二信号边沿间隔为所述第一时间长 度；根据所述第二时间长度，在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一 个第三信号边沿；根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲。本发明的信号发生器和脉冲信号产生方法，由于基于内部时钟信号决定第一时间 长度的脉宽，基于延时单元决定第二时间长度的脉宽，由于内部时钟信号为数字信号，受外 界环境等影响的变化较小，因此可以产生较为精准的脉宽。
图1是中国发明专利申请公布说明书公开的一种占空比控制电路100的模块图。
图2是图1所示脉冲宽度调制电路110的响应曲线。图3是图1所示占空比控制电路100的一个实施方式所公开的一种占空比控制电 路300的电路图。图4是图3所示占空比控制电路300中的信号时序图。图5是本发明第一实施方式的信号发生器2的模块结构示意图。图6是本发明第一实施方式的信号发生器2中波形处理单元M的模块结构示意 图。图7是本发明第一实施方式的信号发生器2产生脉冲信号方法的步骤流程图。图8是波形处理单元M工作时各信号时序图。图9是延时单元M3的一个实施方式的模块结构示意图。图10是图9所示延时单元M3工作时各信号时序图。图11是本发明第二实施方式的信号发生器3的模块结构示意图。图12是图11所示信号发生器3的产生脉冲信号的方法的各个步骤的流程图。图13是波形处理单元34工作时各信号时序图。图14是本发明第三实施方式的信号发生器4的模块结构示意图。图15是图14所示信号发生器4的波形处理单元44的模块结构示意图。图16是图15所示波形处理单元44工作时各信号时序图。图17是本发明第四实施方式的信号发生器5的模块结构示意图。图18是图17所示波形处理单元M工作时各信号时序图。
具体实施例方式下面介绍本发明信号发生器的第一实施方式。请参考图5，本发明第一实施方式的信号发生器2包括一个控制系统21、一个波形 处理单元M和一个波形输出端四。在本实施例中，控制系统21包括一个控制器211、一个 输入单元213和一个外部时钟单元214。输入单元213连接到控制器211，波形处理单元M 通过地址总线232和数据总线231与控制器211连接，外部时钟单元214通过外部时钟线 233与波形处理单元M连接。波形处理单元M连接到波形输出端四。输入单元213用于接收用户设定的或者输入的脉冲宽度值。控制器211用于将该 脉冲宽度值解析成波形处理单元M能够识别和处理的控制指令，通过地址总线232和数据 总线231发送给波形处理单元M。波形处理单元M用于根据该控制指令产生符合用户设 定或者输入的脉冲宽度值的波形。控制器211由DSP构成，输入单元213由键盘以及USB接口、LAN接口等I/O接口 构成，外部时钟单元214由晶振构成，波形处理单元M由FPGA构成。在本实施方式中，该 外部时钟单元214产生50MHZ的时钟信号。在本实施方式中，请参照图6，波形处理单元M包括一个存储单元Ml、一个粗脉 宽单元M2、一个延迟单元M3、一个内部时钟单元244和一个脉冲产生单元M5。存储单 元241连接到数据总线231和地址总线232，存储单元241还通过线253连接到粗脉宽单元 M2，存储单元241还通过线2M连接到延迟单元M3。内部时钟单元244连接到外部时钟 线233，内部时钟单元244还分别连接到粗脉宽单元242和延迟单元M3。粗脉宽单元242通过线256连接到脉冲产生单元M5，粗脉宽单元242还通过线255连接到延迟单元M3。 延迟单元243通过线257连接到脉冲产生单元M5。脉冲产生单元245连接到波形输出端 29。在本实施方式中，存储单元241为FPGA的内部存储器。当然，存储单元241还可 以由FPGA的外部存储器构成，或者由FPGA的内部存储器和外部存储器一起构成。内部时 钟单元M4由锁相环构成，其接收外部时钟线233上传输的50MHZ的时钟信号并进行倍频， 产生200MHZ的内部时钟信号，发送到粗脉宽单元242和延迟单元M3。粗脉宽单元M2由 计数器构成。请参照图7，下面介绍信号发生器2的产生脉冲信号的方法的各个步骤。步骤Sl 根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度；请一并参照图5、图6和图7，用户通过输入单元213输入一个脉冲宽度值，该脉冲 宽度值为信号发生器2输出的脉冲信号的脉冲宽度，例如，该脉冲宽度值为23ns。控制器 211将该脉冲宽度值分解为一个第一时间长度和一个第二时间长度之和，其中，第一时间长 度为该脉冲宽度值能够被该内部时钟周期整除的部分，该第二时间长度则为该脉冲宽度不 能被该内部时钟周期整除的部分。在本实施方式的举例中，由于波形处理单元M中内部时 钟单元244所产生的内部时钟信号为200MHZ，即一个内部时钟周期为5ns，因此将该脉冲宽 度值23ns分解得到的一个第一时间长度为20ns，其为内部时钟周期的4倍，而第二时间长 度为3ns。再例如，如果脉冲宽度值为19ns，则第一时间长度为15ns，其为内部时钟周期的 3倍，而第二时间长度为如8。仍以该脉冲宽度值为23ns举例，控制器211将该第一时间长度20ns和第二时间 长度3ns通过地址总线232和数据总线231发送给波形处理单元M中的存储单元对1，并 将该第一时间长度保存在存储空间251内，将第二时间长度保存在存储空间252内。具体 过程为通过地址总线232选中存储空间251的地址，将第一时间长度通过数据总线231发 送至存储空间251。通过地址总线232选中存储空间252的地址，将第二时间长度通过数据 总线231发送至存储空间252。步骤S2 产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边沿和第二 信号边沿间隔为所述第一时间长度；请一并参照图6、图7和图8，粗脉宽单元242通过线253从存储空间251中读取该 第一时间长度，本实施方式的举例中为20ns。粗脉宽单元242在一个内部时钟周期开始时 通过线256发出一个第一信号边沿P1，例如是脉冲信号的上升沿，在该第一信号边沿Pl的 同时开始对该内部时钟信号C进行计数。当累计数到4个内部时钟信号周期T时，即20ns 到达时，通过线255向延迟单元243发出一个第二信号边沿P2，例如是一个IOns脉宽的脉 冲信号的上升沿。步骤S3 在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信 号边沿；延迟单元243通过线2M从存储空间252中读取该第二时间长度，本实施方式的 举例中为3ns，延迟单元M3自接收到该第二信号边沿P2开始，延时3ns后，从线257输出 一个第三信号边沿P3，例如是脉冲信号的上升沿。步骤S4 根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲；
脉冲产生单元245接收到线256上传来的第一信号边沿Pl后立即持续输出一个 高电平至波形输出端四，脉冲产生单元245接收到线257上传来的第三信号边沿P3后立即 持续输出一个低电平至波形输出端四。这样，波形输出端四便可以输出一个23ns脉宽的 脉冲信号P4。请参照图9和图10，延迟单元243包括一个控制信号产生单元247和一个输入输 出延时单元对8。控制信号产生单元247和输入输出延时单元248都连接到内部时钟单元 M4，用来分别接收内部时钟信号C。控制信号产生单元247连接到线254，控制信号产生单 元247还通过一条线258连接到输入输出延时单元M8。输入输出延时单元248连接到线 255，输入输出延时单元248连接到线257。输入输出延时单元248为FPGA中具有的一种“可编程绝对延时单元(I0DELAY) ”， 输入输出延时单元248可以对线255输入的信号进行延时，延时之后的信号从线257输出。 输入输出延时单元248具有最小延时分辨率为75ps，而延时的时间为75ps的整数N倍， 0 < N < 63，且N的值可以受线258的控制。具体而言，输入输出延时单元248根据线258 输入的延时控制脉冲信号的脉宽是N个内部时钟周期T，则输入输出延时单元248对线255 输入的信号延时N个75ps，然后从线257输出。控制信号产生单元247则根据该第二时间长度的值，输出对应脉宽的延时控制脉 冲信号。在本实施例中的举例，对于第二时间长度为3ns，控制信号产生单元247产生并 从线258输出一个脉宽为40个内部时钟周期T的延时控制脉冲信号至输入输出延时单元 M8，则在248在保持这样的延时控制脉冲信号的情况下，输入输出延时单元248可以持续 的将线255输入的信号进行延时，延时大小为40个75ps，即3ns。由此可见，本实施方式信号发生器2由于基于内部时钟信号C产生第一时间长度 的脉宽，基于输入输出延时单元248产生第二时间长度的脉宽，由于内部时钟信号C为数字 信号，受外界环境等影响的变化较小，因此可以产生较为精准的脉宽。另外，由于输入输出延时单元248采用了 FPGA中具有的一种“可编程绝对延时单 元(I0DELAY) ”，不仅可以提供非常精确的延时，而且由于FPGA也属于数字电路芯片，因此 受外界环境等影响的变化较小，可以产生较为精准的脉宽。而且相比模拟电路节省很多调 试和测试的时间，开发成本较低。另外，由于本实施方式中内部时钟信号的频率优选为200MHZ，即内部时钟信号的 周期为5ns，因此第一时间长度为5ns的整数倍，如5ns、10ns、15ns等等。又由于输入输出 延时单元248具有最小延时分辨率为75ps，而延时的时间为75ps的整数N倍，0 < N < 63， 可见其最大延时时间75psX64 = 4. 8ns，约等于5ns，即第二时间长度可以约等于5ns。由 此可见，信号发生器2可以产生任意脉冲宽度值的脉冲。下面介绍本发明信号发生器的第二实施方式。请参照图11，信号发生器3与信号发生器2的区别在于波形处理单元34与波形 处理单元M的内部结构不同。在本实施方式中，波形处理单元M包括一个存储单元Ml、 一个粗脉宽单元对2、一个延迟单元M3、一个内部时钟单元244和一个脉冲产生单元M5。 存储单元241连接到数据总线231和地址总线232，存储单元241还通过线253连接到粗 脉宽单元对2，存储单元241还通过线2M连接到延迟单元M3。内部时钟单元244连接到外部时钟线233，内部时钟单元244还分别连接到粗脉宽单元242和延迟单元M3。粗脉宽 单元242通过线256连接到脉冲产生单元M5，延迟单元243还通过线355连接到线256。 延迟单元243通过线257连接到脉冲产生单元M5。脉冲产生单元245连接到波形输出端 29。请参照图12，下面介绍信号发生器3的产生脉冲信号的方法的各个步骤。步骤Sll 根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度；此步骤Sll中，信号发生器3的工作过程与信号发生器2的步骤Sl相同。步骤S2 产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边沿和第二 信号边沿间隔为所述第一时间长度；请一并参照图11、图12和图13，粗脉宽单元242通过线253从存储空间251中读 取该第一时间长度，本实施方式的举例中为20ns。粗脉宽单元242在一个内部时钟周期开 始时通过线256发出一个第一信号边沿P1，例如是脉冲信号的上升沿并持续高电平，在该 第一信号边沿Pl的同时开始对该内部时钟信号C进行计数。当累计数到4个内部时钟信 号周期T时，即20ns到达时，通过线256发出一个第二信号边沿P2，例如是脉冲信号的下降 沿并持续低电平，这样，线256在4个内部时钟信号周期T内输出了一个脉宽为20ns的脉 冲。步骤S3 在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信 号边沿；延迟单元243通过线2M从存储空间252中读取该第二时间长度，本实施方式的 举例中为3ns。由于线355与线256上的信号相同，因此延迟单元243将从线256上接收到 的信号都延时3ns，因此在线257上输出一个延时3ns的脉宽为20ns的脉冲。其中第二信 号边沿P2在被延时3ns后从线257输出，从而形成一个第三信号边沿P3。步骤S4 根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲；脉冲产生单元245接收到线256上传来的第一信号边沿Pl后立即持续输出一个 高电平至波形输出端四，脉冲产生单元245接收到线257上传来的第三信号边沿P3后立即 持续输出一个低电平至波形输出端四。这样，波形输出端四便可以输出一个23ns脉宽的 脉冲信号P4。作为另外一种实施例，脉冲产生单元245可以简化为一个或门，将线256和线257 上输出的信号进行逻辑或操作，即可在波形输出端四便可以输出一个23ns脉宽的脉冲信 号P4。作为第一实施方式和第二实施方式的变形，通过地址总线232和数据总线231发 送至存储空间251的第一时间长度和第二时间长度可以替换为其他能够表达第一时间长 度和第二时间长度的数值，例如第一时间长度可以替换为第一时间长度除以内部时钟周期 T的倍数。第二时间长度可以替换为第二时间长度除以最小延时分辨率的倍数。在第一实 施方式和第二实施方式的举例中，由于波形处理单元M中内部时钟单元244所产生的内 部时钟信号为200MHZ、第一时间长度为20ns、第二时间长度为3ns，因此可以用倍数4替代 20ns，用倍数40代替3ns。下面介绍本发明信号发生器的第三实施方式。请参考图14，本发明一较佳实施方式的信号发生器4包括一个控制系统41、一个波形处理单元44和一个波形输出端49。在本实施例中，控制系统41包括一个控制器411、 一个输入单元413和一个外部时钟单元414。输入单元413连接到控制器411，波形处理单 元44通过一条第一信号线432和一条第二信号线431与控制器411连接，外部时钟单元414 通过外部时钟线433与波形处理单元44连接。波形处理单元44连接到波形输出端49。输入单元413用于接收用户设定的或者输入的脉冲宽度值。控制器411用于将该 脉冲宽度值解析成波形处理单元44能够识别和处理的控制指令，通过地址总线432和数据 总线431发送给波形处理单元44。波形处理单元44用于根据该控制指令产生符合用户设 定或者输入的脉冲宽度值的波形。控制器411由DSP构成，输入单元413由键盘以及USB接口、LAN接口等I/O接口 构成，外部时钟单元414由晶振构成，波形处理单元44由FPGA构成。在本实施方式中，该 外部时钟单元414产生50MHZ的时钟信号。在本实施方式中，请参照图15，波形处理单元44包括一个粗脉宽单元442、一个延 迟单元443、一个内部时钟单元444和一个脉冲产生单元445。粗脉宽单元442连接到第一 信号线431，延迟单元443连接到第二信号线432。内部时钟单元444连接到外部时钟线 433，内部时钟单元444还分别连接到粗脉宽单元442和延迟单元443。粗脉宽单元442通 过线456连接到脉冲产生单元445，粗脉宽单元442还通过线455连接到延迟单元443。延 迟单元443通过线457连接到脉冲产生单元445。脉冲产生单元445连接到波形输出端49。在本实施方式中，内部时钟单元444由锁相环构成，其接收外部时钟线433上传输 的50MHZ的时钟信号并进行倍频，产生200MHZ的内部时钟信号，发送到粗脉宽单元442和 延迟单元443。粗脉宽单元442由计数器构成。请参照图7，下面介绍信号发生器4的产生脉冲信号的方法的各个步骤。步骤一根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度；请一并参照图14和图15，用户通过输入单元413输入一个脉冲宽度值，该脉冲宽 度值为信号发生器4输出的脉冲信号的脉冲宽度，例如，该脉冲宽度值为23ns。控制器411 将该脉冲宽度值分解为一个第一时间长度和一个第二时间长度之和，其中，第一时间长度 为该脉冲宽度值能够被该内部时钟周期整除的部分，该第二时间长度则为该脉冲宽度值不 能被该内部时钟周期整除的部分。在本实施方式的举例中，由于波形处理单元44中内部时 钟单元444所产生的内部时钟信号为200MHZ，即一个内部时钟周期为5ns，因此将该脉冲宽 度值23ns分解得到的一个第一时间长度为20ns，其为内部时钟周期的4倍，而第二时间长 度为3ns。再例如，如果脉冲宽度值为19ns，则第一时间长度为15ns，其为内部时钟周期的 3倍，而第二时间长度为如8。仍以该脉冲宽度值为23ns举例，控制器411根据该第一时间长度20ns产生一个 第一控制信号，通过第一信号线431发送到波形处理单元44。控制器411根据第二时间长 度3ns产生一个第二控制信号，通过第二信号线432发送到波形处理单元44。该第一控制 信号和第二控制信号可以是脉冲信号、三角波信号等。步骤二 产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边沿和第二 信号边沿间隔为所述第一时间长度；请一并参照图14、图15和图16，粗脉宽单元442从第一信号线431获得该第一控 制信号。粗脉宽单元442在一个内部时钟周期开始时通过线256发出一个第一信号边沿
10P1，例如是脉冲信号的上升沿，在该第一信号边沿Pl的同时开始对该内部时钟信号C进行 计数。当累计数到4个内部时钟信号周期T时，即20ns到达时，通过线455向延迟单元443 发出一个第二信号边沿P2，例如是一个IOns脉宽的脉冲信号的上升沿。步骤三在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信 号边沿；延迟单元443从第二信号线432获得该第二控制信号。延迟单元443自接收到该 第二信号边沿P2开始，延时3ns后，从线457输出一个第三信号边沿P3，例如是脉冲信号的 上升沿。步骤四根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲；脉冲产生单元445接收到线456上传来的第一信号边沿Pl后立即持续输出一个 高电平至波形输出端49，脉冲产生单元445接收到线457上传来的第三信号边沿P3后立即 持续输出一个低电平至波形输出端49。这样，波形输出端49便可以输出一个23ns脉宽的 脉冲信号P4。下面介绍本发明信号发生器的第四实施方式。请参照图17，信号发生器5与信号发生器4的区别在于波形处理单元M与波 形处理单元44的内部结构不同。在本实施方式中，波形处理单元M包括一个粗脉宽单元 442、一个延迟单元443、一个内部时钟单元444和一个脉冲产生单元445。粗脉宽单元442 连接到第一信号线431，延迟单元443连接到第二信号线432。内部时钟单元444连接到外 部时钟线433，内部时钟单元444还分别连接到粗脉宽单元442和延迟单元443。粗脉宽单 元442通过线456连接到脉冲产生单元445，延迟单元443还通过线555连接到线456。延 迟单元443通过线457连接到脉冲产生单元445。脉冲产生单元445连接到波形输出端49。下面介绍信号发生器3的产生脉冲信号的方法的各个步骤。步骤一根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度；此步骤中，信号发生器5的工作过程与信号发生器4的步骤一相同。步骤二 产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边沿和第二 信号边沿间隔为所述第一时间长度；请一并参照图17和图18，粗脉宽单元442从第一信号线431获得该第一控制信 号。粗脉宽单元442在一个内部时钟周期开始时通过线456发出一个第一信号边沿P1，例 如是脉冲信号的上升沿并持续高电平，在该第一信号边沿Pl的同时开始对该内部时钟信 号C进行计数。当累计数到4个内部时钟信号周期T时，即20ns到达时，通过线456发出 一个第二信号边沿P2，例如是脉冲信号的下降沿并持续低电平，这样，线456在4个内部时 钟信号周期T内输出了一个脉宽为20ns的脉冲。步骤三在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信 号边沿；延迟单元443从第二信号线432获得该第二控制信号。由于线555与线456上的 信号相同，因此延迟单元443将从线456上接收到的信号都延时3ns，因此在线457上输出 一个延时3ns的脉宽为20ns的脉冲。其中第二信号边沿P2在被延时3ns后从线457输出， 从而形成一个第三信号边沿P3。步骤四根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲；
脉冲产生单元445接收到线456上传来的第一信号边沿Pl后立即持续输出一个 高电平至波形输出端49，脉冲产生单元445接收到线457上传来的第三信号边沿P3后立即 持续输出一个低电平至波形输出端49。这样，波形输出端49便可以输出一个23ns脉宽的 脉冲信号P4。作为另外一种实施例，脉冲产生单元445可以简化为一个或门，将线456和线457 上输出的信号进行逻辑或操作，即可在波形输出端49便可以输出一个23ns脉宽的脉冲信 号P4。作为变形实施方式，本发明各个实施方式中各个模块之间的连接均为串联，并不 排除他们中间还可以根据需要串联有其他功能模块。例如，控制器与波形处理单元之间还 可以串接有一个由FPGA构成的接口模块。作为变形实施方式，本发明各个实施方式中，用户设定的或者输入的脉冲宽度值 的方式可以有其他替代方式。例如，通过设置需要输出的波形的周期以及占空比，也可以达 到输入脉冲宽度值的效果。作为变形实施方式，本发明各个实施方式中，波形处理单元还可由CPLD等其他可 编程逻辑器件构成。
权利要求
1.一种信号发生器，其包括依序串联的一个控制系统、一个波形处理单元和一个波形 输出端，其特征在于波形处理单元包括一个用于产生内部时钟信号的内部时钟单元、一个 粗脉宽单元、一个延迟单元和一个脉冲产生单元，所述控制系统用于根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长 度，并发送给所述波形处理单元，所述第一时间长度为所述脉冲宽度值能够被所述内部时 钟信号的周期整除的部分，所述第二时间长度为所述脉冲宽度值不能被所述内部时钟信号 的周期整除的部分，所述粗脉宽单元根据所述第一时间长度产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿， 所述第一信号边沿和第二信号边沿间隔为所述第一时间长度，所述延迟单元根据所述第二时间长度，在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时 间长度后输出一个第三信号边沿，所述脉冲产生单元根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲。
2.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于所述控制系统通过地址总线和数 据总线将第一时间长度和第二时间长度分别保存至所述波形处理单元的存储器的第一存 储空间和第二存储空间，所述粗脉宽单元根据所述第一存储空间中的值产生所述第一信号 边沿和第二信号边沿，所述延迟单元根据所述第二存储空间的值产生所述第三信号边沿。
3.根据权利要求2所述的信号发生器，其特征在于延迟单元包括一个控制信号产生 单元和一个输入输出延时单元，所述输入输出延时单元用于在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输 出所述第三信号边沿，所述控制信号产生单元用于根据所述第二存储空间的值产生一个延时控制信号，用于 控制所述输入输出延时单元的延时的时间。
4.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于所述延迟单元将所述第二信号边 沿延时第二时间长度后作为第三信号边沿输出。
5.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于所述内部时钟信号的频率为 200MHZ，所述延时单元的最大延时时间小于5ns。
6.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于所述波形处理单元包括可编程逻 辑器件。
7.一种用于如权利要求1所述信号发生器的脉冲信号产生方法，其特征在于，包括如 下步骤根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度，所述第一时间长 度为所述脉冲宽度值能够被所述内部时钟信号的周期整除的部分，所述第二时间长度为所 述脉冲宽度值不能被所述内部时钟信号的周期整除的部分；根据所述第一时间长度产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，所述第一信号边 沿和第二信号边沿间隔为所述第一时间长度；根据所述第二时间长度，在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出 一个第三信号边沿；根据所述第一信号边沿和所述第三信号边沿产生一个脉冲。
8.根据权利要求7所述的脉冲信号产生方法，其特征在于所述做步骤在所述第二信号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信号边沿是将所述第二信号边沿延 时所述第二时间长度后作为所述第三信号边沿输出。
9.根据权利要求7所述的脉冲信号产生方法，其特征在于所述步骤产生一个第一信 号边沿和一个第二信号边沿是产生一个中间脉冲，所述第一信号边沿和所述第二信号边沿 分别为所述中间脉冲的上升沿和下降沿。
10.根据权利要求9所述的脉冲信号产生方法，其特征在于所述做步骤在所述第二信 号边沿触发下，延时所述第二时间长度后输出一个第三信号边沿是将所述中间脉冲延时， 将延时后的下降沿作为第三信号边沿。
全文摘要
本发明公开了一种信号发生器，其包括依序串联的一个控制系统、一个波形处理单元24和一个波形输出端29，波形处理单元包括一个用于产生内部时钟信号的内部时钟单元244、一个粗脉宽单元242、一个延迟单元243和一个脉冲产生单元245，控制系统用于根据一个脉冲宽度值计算出一个第一时间长度和一个第二时间长度，并发送给波形处理单元，粗脉宽单元产生一个第一信号边沿和一个第二信号边沿，第一信号边沿和第二信号边沿间隔为第一时间长度，延迟单元在第二信号边沿触发下，延时第二时间长度后输出一个第三信号边沿，脉冲产生单元根据第一信号边沿和第三信号边沿产生一个脉冲。本发明的信号发生器所产生的脉冲宽度较准确。
文档编号G06F1/02GK102109875SQ200910243149
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者李维森, 王悦, 王铁军 申请人:北京普源精电科技有限公司