一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置

本发明涉及数字测试，更为具体地讲，涉及一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置。

背景技术：

1、脉冲信号发生器是电子测试领域的一种重要的测试工具，而随着半导体工艺和集成电路等领域不断的发展，对脉冲信号发生器的高精度、高分辨率、多种触发模式、以及调制功能都提出了新的要求。当前数字合成脉冲波形的调制方法主要是基于直接数字合成(direct digital synthesis，dds)技术，dds分为ddws(direct digital waveformsynthesis，直接数字波形合成)和ddfs(direct digital frequency synthesis，直接数字频率合成)两种。其中ddws调制产生新的频率必须通过更改采样时钟的频率或波形存储器中的数据点数来实现，所以要想实现高分辨率此方法受限制比较大，而ddfs所合成和调制的信号的频率分辨率由采样时钟频率和相位累加器的位数共同决定，在不改变存储波形样点的前提下，只能做到脉冲波形频率的变化，而无法做到上升/下降时间、脉冲宽度的快速调制。即传统的数字波形合成方法，通过寻址将波形样点输出得到数字波形样点，因此存在合成波形性能会受限于查找表容量，影响合成波形的定时分辨率，导致波形抖动，无法调整波形内部参数等问题，且在实际工程应用中，波形查找表也会增加硬件电路结构复杂程度。

技术实现思路

1、为了解决现有脉冲调制技术中无法实时快速调整脉冲波形内部参数，脉冲波形调制受存储器深度和采样率的限制的问题，本发明提供一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置，其通过相位幅度映射关系实时计算，完成对脉冲波形多参数的调制，为被测试设备提供高分辨率、脉冲参数可调的信号。

2、本发明提供的一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置，包括：

3、上位机，用于计算并发送脉冲参数；

4、频率调制控制模块、相位调制控制模块、脉宽调制控制模块、幅度调制控制模块，用于接收上位机发送的参数，对参数进行存储并发送到对应模块完成对脉冲波形的调制；

5、相位累加模块，接收频率调制控制模块输出的参数值，在波形从时域t映射至相位φ后，用于在每个时钟周期以步进k对相位值进行累加,将累加完成的相位值p输出至相位比较模块；

6、相位比较模块，接收脉宽调制控制模块、相位调制模块和相位累加模块的输出，将得到的相位值p分别与脉冲波形的周期起始点a、上升沿结束点b、高电平结束点c、下降沿结束点d、脉冲波形的周期结束点e进行比较，以判断脉冲波形所处的状态，所述状态包括上升沿、高电平、下降沿和低电平；

7、波形样点计算模块，接收频率调制控制模块、相位调制控制模块、脉宽调制控制模块和相位比较模块的输出，借助相位值p和波形特征参数(kr、kw、kf、f、vh、vl)来计算脉冲波形不同状态的波形样点值，并输出给数模转换器；

8、数模转换器，用于接收波形样点计算模块和幅度调制控制模块的输出，将波形样点数据进行数字模拟转换，将转换后的模拟信号送入低通滤波器；

9、低通滤波器，用于对数模转换器输出的模拟信号进行低通滤波，去除杂散信号，输出相对纯净的脉冲波形。

10、进一步地，相位累加模块进行相位累加的表达式为nk-m×2n，其中，n为非负整数0，1，2，……，k为将相位均匀量化2n等份后的增量，其中n为相位位宽，m为溢出标志符，每溢出一次m为1，不溢出时m为0，当相位累加值达到阈值2n-1后，发生溢出，溢出后的相位值为p+nk-2n。

11、再进一步地，一个周期内脉冲波形样点可以用以下公式描述：

12、

13、其中，vh为高电平波形样点，vl为低电平波形样点，脉冲信号的周期为1/f，tr为上升时间，tf为下降时间，tw为脉冲宽度，相位值p的计算公式为：

14、再进一步地，a、b、c、d、e的计算公式为：

15、

16、其中，相位值p与时间t存在f×2n比例映射关系。

17、再进一步地，所述脉冲参数包括与频率相关的变量，与频率相关的变量为k、b、c、d、kr/f、kf/f，上位机计算出这六个变量并发送到频率调制控制模块，频率调制控制模块在接收到这些变量后存储至fpga片上ram中，其中，变量k进入相位累加模块计算出相位，变量b、c、d进入相位比较模块确定脉冲波形所处的状态，变量kr/f、kf/f进入波形样点计算模块计算出上升沿和下降沿波形样点值，以实现脉冲波形的频率调制。

18、再进一步地，所述脉冲参数还包括与相位相关的变量，与相位相关的变量为p，上位机计算出变量p后，发送到相位调制控制模块，相位调制控制模块在接收到这些变量后存储进fpga片上ram中，相位p从ram读出后进入相位比较模块和波形样点计算模块，进行波形段判别以及上升沿、下降沿波形样点值的计算，以实现脉冲波形的相位调制。

19、再进一步地，所述脉冲参数还包括与幅度相关的变量，幅度调制在波形样点计算模块计算完波形样点后，乘以幅度调制因子来实现。

20、本发明提供的一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置，通过上位机发送脉冲参数，频率、相位、脉宽、幅度调制控制模块接收到脉冲参数后进行存储并送入对应模块完成波形的调制，在采样时钟的固定采样率下，相位累加模块在每个时钟周期以步进k累加，从而确定相位值p，然后通过相位比较模块完成相位值p与脉冲波形状态转换点a、b、c、d、e的比较，判断出波形所处的状态，然后通过波形样点计算模块计算并输出上升沿、下降沿、高电平、低电平段的波形样点，随后送入数模转换器实现模拟信号输出，最后通过低通滤波器滤除镜像频率等杂散信号，得到相对纯净的脉冲波形。通过本发明方案，借助相位幅度的映射关系，实现了实时计算调制脉冲波形，使得脉冲波形合成不再受存储器深度的限制，并且脉冲信号分辨率调节不再受制于采样时钟频率的限制，为被测试设备提供高分辨率、脉冲参数可调的信号。

技术特征：

1.一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位累加模块进行相位累加的表达式为nk-m×2n，其中，n为非负整数0，1，2，……，k为将相位均匀量化2n等份后的增量，其中n为相位位宽，m为溢出标志符，每溢出一次m为1，不溢出时m为0，当相位累加值达到阈值2n-1后，发生溢出，溢出后的相位值为p+nk-2n。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，一个周期内脉冲波形样点可以用以下公式计算：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，a、b、c、d、e的计算公式为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脉冲参数包括与频率相关的变量，与频率相关的变量为k、b、c、d、kr/f、kf/f，上位机计算出这六个变量并发送到频率调制控制模块，频率调制控制模块在接收到这些变量后存储至fpga片上ram中，其中，变量k进入相位累加模块计算出相位，变量b、c、d进入相位比较模块确定脉冲波形所处的状态，变量kr/f、kf/f进入波形样点计算模块计算出上升沿和下降沿波形样点值，以实现脉冲波形的频率调制。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脉冲参数还包括与相位相关的变量，与相位相关的变量为p，上位机计算出变量p后，发送到相位调制控制模块，相位调制控制模块在接收到这些变量后存储进fpga片上ram中，相位p从ram读出后进入相位比较模块和波形样点计算模块，进行波形段判别以及上升沿、下降沿波形样点值的计算，以实现脉冲波形的相位调制。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脉冲参数还包括与幅度相关的变量，与幅度相关的变量为c、d、kw，幅度调制在波形样点计算模块计算完波形样点后，乘以幅度调制因子来实现。

技术总结
本发明提供了一种基于相位幅度映射的调制脉冲合成装置。该装置通过上位机发送脉冲参数，频率、相位、脉宽、幅度调制控制模块接收到脉冲参数后进行存储并送入对应模块完成波形的调制，相位累加模块确定相位值P，然后通过相位比较模块判断出波形所处的状态，再通过波形样点计算模块计算并输出上升沿、下降沿、高电平、低电平段的波形样点，随后送入数模转换器实现模拟信号输出，最后通过低通滤波器滤除镜像频率等杂散信号，得到相对纯净的脉冲波形。通过本发明方案，借助相位幅度的映射关系，实现了实时计算调制脉冲波形，使得脉冲波形合成不再受存储器深度的限制，并且脉冲信号分辨率调节不再受制于采样时钟频率的限制。

技术研发人员：付在明,艾欣,刘航麟,孔德轩
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17