一种信号发生装置和方法与流程

1.本发明涉及电子仪器技术领域，具体涉及一种信号发生装置和方法。


背景技术：

2.任意波形信号发生器从信号产生的原理上可以区分为dds模式和逐点输出模式两种。其中，dds（direct digital synthesizer，直接数字式频率合成器）模式是传统的用于产生正弦波、三角波等通用波形信号的方法，其原理请参考图1，是通过截取相位累加器的高比特位对波表进行查表来输出数字波形，通过控制相位累加器的频率控制字来达到改变输出信号频率的目的，在这种方法中，存储于内存中的波表的长度是固定不变的，查表时不一定每个点都被输出（输出信号频率较高时，波表中就只有少数点被输出；输出信号频率非常低的时候，波表中大部分点会被输出），其参考时钟的频率也是固定不变的。逐点输出模式常用于输出任意波形，其原理请参考图2，任意波形就是指波形长度可变，并且内存中波表所有的点都会被输出，输出波形频率的改变是靠改变波表数据读时钟的频率来实现的（或者等效的，通过改变波表数据读使能信号的频率），该可变时钟频率最高等于dac的采样时钟频率，当两者不相等时，需要对逐点输出波形进行插值使其采样率与dac采样率相一致。相对于dds模式，逐点输出模式由于完整的输出原始数据的全部的采样点及插值点，其输出波形具有低抖动、低杂散等特性，因此受到越来越广泛的应用。在逐点输出波形时，一般还会产生一个同步信号，输出波形每个周期对应一个同步信号，该同步信号在接收设备中，可以作为触发信号使用。因此，提高该同步信号的稳定性，以及保持与输出波形的一致性是信号发生器研发过程中一个重要课题。


技术实现要素：

3.本发明主要解决的技术问题是如何在信号发生器逐点输出时生成同步信号。
4.根据第一方面，一种实施例中提供一种信号发生装置，包括：第一计数器，用于根据预设的第一步进值进行计数，且每一次计数溢出时都产生读使能信号，之后重新开始计数；波形查询表，与所述第一计数器连接，用于存储待输出波形信号的波形数据，以及响应每个所述读使能信号并按照预设次序输出所述波形数据；溢出标记输出单元，与所述第一计数器连接，用于获取所述第一计数器当前的计数值，在所述第一计数器当前的计数值大于或等于第一预设值时产生第一电平信号，或在所述第一计数器当前的计数值小于所述第一预设值时产生第二电平信号；第二计数器，与所述第一计数器和所述波形查询表连接，用于对所述第一计数器的溢出次数进行计数，在所述第二计数器当前的计数值与所述波形数据的波表长度相同时产生触发信号，且在所述第一计数器再次溢出时重新开始计数；同步信号输出单元，与所述第二计数器和所述溢出标记输出单元连接，用于接收所述触发信号和所述第一电平信号或第二电平信号，并在接收到所述第一电平信号时，依
据所述触发信号输出同步信号；所述同步信号的始发沿同步或滞后于所述触发信号的始发沿。
5.一实施例中，信号发生装置其特征在于，还包括：参考时钟发生单元，用于输出参考时钟信号；采样率转换单元，与所述波形查询表连接，用于获取所述波形查询表输出的所述波形数据，并按预设的采样周期将所述波形数据转换为输出波形数字信号；数模转换器，与所述采样率转换单元连接，用于对所述输出波形数字信号进行数模转换后输出。
6.一实施例中，所述第一步进值与所述第一计数器的位数长度、所述待输出波形信号被逐点输出的采样周期和所述参考时钟信号的周期相关。
7.一实施例中，所述第一步进值的获取公式为：δp1=（2
n
×
ts2/ts1）；其中，δp1为第一步进值， ts1为所述待输出波形信号逐点输出的采样周期，ts2为所述参考时钟信号的周期，n为所述第一计数器的位数长度。
8.一实施例中，所述同步信号输出单元包括参数获取装置、触发和溢出信号接收装置和脉冲边沿调节装置；所述参数获取装置与所述第一计数器、所述参考时钟发生单元和所述脉冲边沿调节装置连接，用于获取所述第一计数器的当前计数值、所述第一计数器的位数长度、所述参考时钟信号的周期和所述第一步进值，并依据所述第一计数器的当前计数值、所述第一计数器的位数长度、所述参考时钟信号的周期和所述第一步进值，获取第一滞后时间；所述触发和溢出信号接收装置与所述第二计数器和所述溢出标记输出单元连接，用于接收所述第二计数器输出的触发信号和所述溢出标记输出单元输出的第一电平信号或第二电平信号，并当所述溢出标记输出单元输出第一电平信号时，将所述第二计数器输出的触发信号发送给所述脉冲边沿调节装置；所述脉冲边沿调节装置与所述触发和溢出信号接收装置和所述参数获取装置连接，用于将所述触发信号的始发沿延迟所述第一滞后时间后作为所述同步信号输出。
9.一实施例中，所述第一滞后时间的获取公式为：δt1=（2
n
‑
cnt）
×
ts2/δp1;其中，δt1为所述第一滞后时间，n为所述第一计数器的位数长度，cnt为所述第一计数器当前的计数值，ts2为所述参考时钟信号的周期，δp1为所述第一步进值。
10.一实施例中，所述触发信号的脉宽长度为所述第二计数器开始输出所述触发信号至重新开始计数时所持续的时间。
11.根据第二方面，一种实施例中提供一种信号发生方法，包括：通过第一计数器根据预设的第一步进值进行计数，且在所述第一计数器每一次计数溢出时都产生读使能信号；响应所述读使能信号，并按照预设次序输出待输出波形信号的波形数据；获取所述第一计数器当前的计数值，在所述计数值大于或等于第一预设值时产生第一电平信号，或在所述计数值小于所述第一预设值时产生第二电平信号；通过第二计数器对所述第一计数器的溢出次数进行计数，在所述第二计数器当前
的计数值与所述波形数据的波表长度相同时产生触发信号；所述第二计数器在所述第一计数器再次溢出时重新开始计数；在产生所述第一电平信号时，依据所述触发信号输出同步信号；所述同步信号的始发沿同步或滞后于所述触发信号的始发沿。
12.一实施例中，所述同步信号的始发沿同步或滞后于所述触发信号的始发沿，包括：所述同步信号的始发沿滞后于所述触发信号的始发沿的滞后时间为第一滞后时间；所述第一滞后时间的获取公式为：δt1=（2
n
‑
cnt）
×
ts2/δp1;其中，δt1为第一滞后时间，n为第一计数器的位数长度，cnt为第一计数器的当前计数值，ts2为参考时钟信号的周期，δp1为第一步进值。
13.一实施例中，所述第一步进值的获取公式为：δp1=（2
n
×
ts2/ts1）；其中，δp1为第一步进值， ts1为信号发生器逐点输出的采样周期，ts2为参考时钟信号的周期，n为第一计数器的位数长度。
14.依据上述实施例的信号发生方法，用于信号发生器逐点输出时生成与待输出波形信号同步的同步信号，首先通过第一计数器根据预设的第一步进值进行计数，且在第一计数器每一次计数溢出时都产生读使能信号；然后响应每个读使能信号，按照预设次序依次输出待输出波形信号的波形数据，并当第一计数器当前的计数值大于第一预设值时产生第一电平信号；再通过第二计数器对第一计数器的溢出次数进行计数，在第二计数器当前的计数值与波形数据的波表长度相同时产生触发信号；最后在产生第一电平信号时，依据触发信号输出同步信号。由于与信号发生器逐点输出时的待输出波形信号同步的同步信号，是依据待输出波形信号输出时的读使能信号、第一计数器当前的计数值和波形数据的波表长度获取，因此保证生成同步信号的触发信号与待输出波形信号的频率一致，还可以保证同步信号的始发沿与待输出波形信号输出的起始时间保持一致，进而保证同步信号与待输出波形信号的一致性。
附图说明
15.图1为信号发生器dds产生波形的原理示意图；图2为信号发生器逐点输出待输出波形信号的原理示意图；图3为一种实施例中同步信号的产生过程示意图;图4为一种实施例中信号发生装置的结构连接示意图；图5为一种实施例中同步信号输出单元的结构连接示意图；图6为一种实施中同步信号产生过程的流程示意图；图7为另一种实施例中信号发生方法的流程示意图。
具体实施方式
16.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征
在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
17.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
18.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
19.在现有技术中，用于信号发生器的同步信号的产生方法是直接利用可变时钟来对输出数据点数进行计数，当计数值等于波形数据总长度时，这时候认为一个输出周期完毕，并且在每个周期的第一个点产生一个同步脉冲信号。请参考图3，为一种实施例中同步信号的产生过程示意图，在实施例子中，给出了一个波形数据长度为5个点的情形，原始数据点用小圆圈表示，序号为0、1、2、3、4。图3中标注底杠序号的点为经过采样率转换之后输出的波形数据。图3中的可变时钟必须由专用锁相环提供，每次变更逐点输出的采样率时（逐点输出采样率为1/ts1），需要重新配置该锁相环。该同步信号产生方法的优点是实现简单，缺点就是需要独立的一个锁相环专门用于提供低抖动的可变时钟信号。
20.在本发明实施例中，公开了一种信号发生装置，包括第一计数器、波形查询表、溢出标记输出单元、第二计数器和同步信号输出单元。其中，第一计数器用于按第一步进值进行计数并在溢出时产生读使能信号，波形查询表用于响应读使能信号输出波形数据，溢出标记输出单元用于依据第一计数器当前的计数值产生第一电平信号，第二计数器用于依据第一计数器的溢出次数产生触发信号，同步信号输出单元用于在接收到第一电平信号时，依据触发信号输出同步信号。由于依据溢出标记输出单元和第二计数器输出的信号生成同步信号，使得在信号发生器逐点输出时，生成的同步信号与待输出波形信号的一致性和稳定性得到提高。
21.实施例一请参考图4，为一种实施例中信号发生装置的结构连接示意图，信号发生装置包括第一计数器1、波形查询表2、溢出标记输出单元3、第二计数器4和同步信号输出单元5。其中，第一计数器1用于根据预设的第一步进值进行计数，且每一次计数溢出时都产生读使能信号，之后重新开始计数。波形查询表2与第一计数器1连接，用于存储待输出波形信号的波形数据，以及响应每个读使能信号并按照预设次序输出波形数据。溢出标记输出单元3与第一计数器1连接，用于获取第一计数器1当前的计数值，在第一计数器1当前的计数值大于或等于第一预设值时产生第一电平信号，或在第一计数器1当前的计数值小于第一预设值时产生第二电平信号。第二计数器4与第一计数器1和波形查询表2连接，用于对第一计数器1的溢出次数进行计数，在第二计数器4当前的计数值与波形数据的波表长度相同时产生触发信号，且在第一计数器1再次溢出时重新开始计数。同步信号输出单元5与第二计数器4和溢出标记输出单元3连接，用于接收触发信号和第一电平信号或第二电平信号，并在接收到
第一电平信号时，依据触发信号输出同步信号，同步信号的始发沿同步或滞后于触发信号的始发沿。
22.一实施例中，信号发生装置还包括参考时钟发生单元6、采样率转换单元7和数模转换器8。参考时钟发生单元6用于输出参考时钟信号。采样率转换单元7与波形查询表2连接，用于获取波形查询表2输出的波形数据，并按预设的采样周期将波形数据转换为输出波形数字信号。数模转换器8与采样率转换单元7连接，用于对输出波形数字信号进行数模转换后输出。一实施例中，第一步进值与第一计数器1的位数长度、待输出波形信号被逐点输出的采样周期和参考时钟信号的周期相关。一实施例中，第一步进值的获取公式为：δp1=（2
n
×
ts2/ts1）；其中，δp1为第一步进值， ts1为待输出波形信号逐点输出的采样周期，ts2为参考时钟信号的周期，n为第一计数器的位数长度。
23.请参考图5，为一种实施例中同步信号输出单元的结构连接示意图，一实施例中，同步信号输出单元5包括参数获取装置51、触发和溢出信号接收装置52和脉冲边沿调节装置53。参数获取装置51与第一计数器1、参考时钟发生单元6和脉冲边沿调节装置53连接，用于获取第一计数器1当前的计数值、第一计数器1的位数长度、参考时钟信号的周期和第一步进值，并依据第一计数器1当前的计数值、第一计数器1的位数长度、参考时钟信号的周期和第一步进值，获取第一滞后时间。触发和溢出信号接收装置52与第二计数器4和溢出标记输出单元3连接，用于接收第二计数器4输出的触发信号和溢出标记输出单元3输出的第一电平信号或第二电平信号，并当溢出标记输出单元3输出第一电平信号时，将第二计数器4输出的触发信号发送给脉冲边沿调节装置53。脉冲边沿调节装置53与触发和溢出信号接收装置52和参数获取装置51连接，用于将触发信号的始发沿延迟第一滞后时间后作为同步信号输出。其中，第一滞后时间的获取公式为：δt1=（2
n
‑
cnt）
×
ts2/δp1;其中，δt1为第一滞后时间，n为第一计数器1的位数长度，cnt为第一计数器1当前的计数值，ts2为参考时钟信号的周期，δp1为第一步进值。
24.一实施例中，触发信号的脉宽长度为第二计数器4开始输出触发信号至重新开始计数时所持续的时间。
25.请参考图6，为一种实施中同步信号产生过程的流程示意图，信号发生器在实际应用中，考虑到波形查询表在逐点输出的波形数据过程，其采样率总是小于或者等于参考时钟信号的频率，因此可以公用一个参考时钟信号就能够产生控制波形查询表输出波形数据的读使能信号，以及产生相应的同步信号。如图6所示，设定逐点输出波形长度为5个点，则原始点标号为0、1、2、3和4，其中，逐点输出的采样周期为ts1，参考时钟信号的周期为ts2，用第一计数器来控制产生读使能信号。第一计数器的位数长度为n，第一步进值为：δp1=（2
n
×
ts2/ts1）；第一计数器每溢出一次，就产生波表的一个读使能信号，从波形查询表中读取出一个波形数据给后续采样率转换单元。第二计数器用来统计从波形查询表中输出的数据点数，根据第一计数器的溢出信号标记（第一电平信号）来进行计数，每溢出一次，第二计数器就会加1。当第二计数器的值等于波表长度，且第一电平信号有效时，第二计数器的值恢复为1，重新开始计数。当第二计数器的计数值等于波表长度（本实施例中波表长度等于5）并
且第一电平信号有效时，产生一个触发脉冲信号，该触发信号用来触发产生真正的同步信号。该触发信号上升沿与想要的同步信号上升沿之间存在一个延时差（第一滞后时间）δt1，只要计算出δt1，就可以产生想要的同步脉冲信号。其中，触发信号的边沿是与参考时钟信号是完全同步的。逐点输出的采样周期为ts1已知，参考时钟信号的周期ts2也是已知的，因此第一计数器步进值是可以提前计算的，即：δp1=（2
n
×
ts2/ts1）；而δp1的值等于2
n
减去第一计数器的当前计数值cnt，因此，根据比例关系有:δt1=δp2×
ts2/δp1=（2
n
ꢀ‑
cnt）
×
ts2/δp1;根据该延时值第一滞后时间δt1就可以利用脉冲边沿调节技术产生最终的同步信号。
26.在本实施例中，根据第一计数器的溢出标记（第一电平信号）来计算数据输出点数，以及在指定的点数位置上产生一个触发信号，并用该触发信号来触发产生同步信号。通过逐点输出采样周期、参考时钟周期、第一计数器的位宽等参数计算获取相对于触发信号上升沿的延时值，以此来产生精准的同步信号。本技术公开的信号发生装置不需要多个时钟信号，只需要一个统一的参考时钟信号就能够产生逐点输出时与待输出波形数据严格同步的同步信号。由于依据溢出标记输出单元和第二计数器输出的信号生成同步信号，使得在信号发生器逐点输出时，生成的同步信号与待输出波形信号的一致性和稳定性得到提高。
27.实施例二请参考图7，为一种实施例中信号发生方法的流程示意图，该信号发生方法用于在信号发生器逐点输出待输出波形信号时输出同步信号，包括：步骤101，生成读使能信号。
28.通过第一计数器根据预设的第一步进值进行计数，且在第一计数器每一次计数溢出时都产生读使能信号。
29.步骤102，输出波形数据。
30.响应读使能信号，并按照预设次序输出待输出波形信号的波形数据。
31.步骤103，产生第一电平信号。
32.获取第一计数器当前的计数值，在计数值大于或等于第一预设值时产生第一电平信号，或在计数值小于第一预设值时产生第二电平信号。
33.步骤104，产生触发信号。
34.通过第二计数器对第一计数器的溢出次数进行计数，在第二计数器当前的计数值与波形数据的波表长度相同时产生触发信号。其中，第二计数器在第一计数器再次溢出时重新开始计数。
35.步骤105，获取同步信号。
36.在产生第一电平信号时，依据触发信号输出同步信号。其中，同步信号的始发沿同步或滞后于触发信号的始发沿。同步信号的始发沿滞后于触发信号的始发沿的滞后时间为第一滞后时间，该第一滞后时间的获取公式为：δt1=（2
n
‑
cnt）
×
ts2/δp1;其中，δt1为第一滞后时间，n为第一计数器的位数长度，cnt为第一计数器的当前
计数值，ts2为参考时钟信号的周期，δp1为第一步进值。
37.第一步进值的获取公式为：δp1=（2
n
×
ts2/ts1）；其中，δp1为第一步进值， ts1为信号发生器逐点输出的采样周期，ts2为参考时钟信号的周期，n为第一计数器的位数长度。
38.在本实施例中公开了一种信号发生方法，首先通过第一计数器根据预设的第一步进值进行计数，且在第一计数器每一次计数溢出时都产生读使能信号；然后响应每个读使能信号，按照预设次序依次输出待输出波形信号的波形数据，并当第一计数器当前的计数值大于第一预设值时产生第一电平信号；再通过第二计数器对第一计数器的溢出次数进行计数，在第二计数器当前的计数值与波形数据的波表长度相同时产生触发信号；最后在产生第一电平信号时，依据触发信号输出同步信号。由于与信号发生器逐点输出时的待输出波形信号同步的同步信号，是依据待输出波形信号输出时的读使能信号、第一计数器当前的计数值和波形数据的波表长度获取，因此保证生成同步信号的触发信号与待输出波形信号的频率一致，还可以保证同步信号的始发沿与待输出波形信号输出的起始时间保持一致，进而保证同步信号与待输出波形信号的一致性。
39.本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
40.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。