一种方波信号发生器的制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种方波信号发生器，包括DDS模块、波形选择单元和比较器。DDS模块与波形选择单元相连接，波形选择单元与比较器相连接。所述方波信号发生器通过在低频时和高频时分别选取不同的初始信号作为初始波形，其中，低频时选择快沿脉冲信号，高频时选择基本波形信号，再通过比较器电路进行电平比较和整形后，获得边沿更快、抖动更低、占空比精细可调的低频方波，获得边沿更快、抖动更低的高频方波，从而兼具快沿脉冲信号和比较器电路的优点。
【专利说明】
一种方波信号发生器
技术领域
[0001]本申请涉及电子仪器领域，尤其涉及一种方波信号发生器。
【背景技术】
[0002]DDS(Direct Digital Synthesizer)是直接数字式频率合成器，可产生基本波形信号，目前产生方波信号的传统方法有两种:一种是使用分立元器件搭建的比较器电路，对DDS产生的基本波形信号进行电平比较和整形得到方波信号；另一种是针对不同的需要，通过把相应的方波数据填充到波形数据存储器，再用DDS的方式直接输出方波信号。第一种的缺点是信号抖动大，触发位置不稳定，边沿的可调范围很小且调节难度较大，占空比调节精度小。另外一种的缺点是边沿的大小受到方波信号频率的影响，低频率时边沿时间很大(毫秒级)，不能设定快速边沿(纳秒级)，且低频率信号的占空比最小值受限，不能精细调节;若通过专门的边沿调节方法来获得快沿、占空比精细可调的低频方波信号，又导致因边沿占据两个采样点无法输出高频的方波信号，而且，使得边沿将受限于DDS采样速率，在采样率越低时边沿时间越大。
【发明内容】
[0003]本申请要解决的问题是提供一种不仅在低频时实现方波信号边沿更快、抖动更低、占空比精细可调，还能在高频时实现方波信号边沿更快、抖动更低的方波信号发生器。
[0004]本申请提供一种方波信号发生器，其特征在于，包括:
[0005]DDS模块，包括快沿脉冲发生器和基本波信号发生器，快沿脉冲发生器用于根据波形参数生成具有快速边沿的脉冲波信号，基本波信号发生器用于根据波形参数生成基本波信号，所述波形参数至少包括波形频率；
[0006]波形选择单元，用于选择快沿脉冲发生器产生的信号或基本波信号发生器产生的信号作为初始波形信号输出；
[0007]比较器，所述比较器的第一输入端输入波形选择单元输出的初始波形信号，第二输入端输入参考电平，所述比较器将初始波形信号和参考电平进行比较，其输出端根据比较结果进行电平翻转，从而输出所需方波信号。
[0008]优选地，上述方波信号发生器中，所述方波信号发生器还包括:控制单元，所述控制单元与波形选择单元相连，控制单元根据初始波形信号的频率值控制波形选择单元进行状态切换以接通快沿脉冲发生器的信号输出端或基本波信号发生器的信号输出端。
[0009]优选地，所述控制单元还与DDS模块相连，将波形参数发送到DDS模块，所述控制单元还将波形参数中的波形频率与预设的频率边界值进行比较，当波形频率高于预设频率时控制波形选择单元接通基本波信号发生器的信号输出端，当波形频率低于预设频率时控制波形选择单元接通快沿脉冲发生器的信号输出端。
[0010]优选地，所述波形选择单元为选择开关。
[0011]优选地，所述选择开关通过拨动、旋转或按压在快沿脉冲发生器的信号输出端和基本波信号发生器的信号输出端之间进行选择。
[0012]优选地，所述比较器为高速比较器。
[0013]优选地，所述基本波形信号包括三角波、正弦波或普通脉冲信号。
[0014]优选地，所述参数包括高电平、低电平、脉宽、频率、延迟时间、上升时间和下降时间。
[0015]优选地，上述方波信号发生器中，所述方波信号发生器还包括:第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器与DDS模块的第一输出端相连接，用于对快沿脉冲信号的滤波，所述第二滤波器与DDS模块的第二输出端相连接，用于对基本波形信号的滤波。
[0016]优选地，上述方波信号发生器中，所述方波信号发生器还包括:调节单元，所述调节单元的一段与控制单元连接，另一端与比较器连接，用于所述初始波形信号，在经所述比较器进行电平比较和整形过程中，对所述参数进行调节和修正。
[0017]本申请的有益效果是:所述方波信号发生器通过在低频时和高频时分别选取不同的初始信号作为初始波形，其中，低频时选择快沿脉冲信号，高频时选择基本波形信号，再通过比较器电路进行电平比较和整形后，获得边沿更快、抖动更低、占空比精细可调的低频方波，获得边沿更快、抖动更低的高频方波，从而兼具快沿脉冲信号和比较器电路的优点。
【附图说明】
[0018]图1为本申请实施例提供的一种方波信号发生器结构框图；
[0019]图2为本申请实施例提供的一种方波信号发生器的原理框图；
[0020]图3为本申请实施例提供的不同初始波形信号触发边沿与同一电平的交点所对应的斜率关系不意图；
[0021]图4为本申请实施例提供的不同初始波形信号受电平偏移影响的抖动示意图；
[0022]图5为本申请实施例提供的一种方波信号产生方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0024]如图1所示，本申请提供的一种方波信号发生器I，包括输入设备11、DDS模块2、控制单元3、波形选择单元41、调节单元51和比较器52。输入设备11与控制单元3相连接，DDS模块2与波形选择单元41相连接，波形选择单元41还与比较器52相连接，控制单元3与输入设备11、DDS模块2、波形选择单元41和调节单元51相连接。其中，
[0025]输入设备11与控制单元3相连接，用于接收用户输入所需方波信号的参数，所述参数经控制单元3处理后转化为波形参数。
[0026]DDS模块2的第一输出端和第二输出端分别与波形选择单元41的第一输入端和第二输入端相连接，包括快沿脉冲发生器和基本波信号发生器，快沿脉冲发生器用于根据波形参数生成具有快速边沿的脉冲信号，基本波信号发生器用于根据波形参数生成基本波形信号，所述波形参数可为输入设备接收的用户输入的参数转化而来，也可为存储于方波信号发生器I的存储器31中的波形参数数据，所述波形参数至少包括频率。其中，脉冲信号为公开号为CN103178809A的专利文件中公开的一种快沿脉冲信号，基本波形信号包括三角波、正弦波或普通脉冲信号。尽管所述快沿脉冲因频率受限不能作为高频的初始波形信号并且边沿受限于DDS采样速率，但用作低频的初始波形信号，所述快沿脉冲信号具有快速边沿、较大的脉宽调节范围的特点，可实现所需方波信号兼具占空比精细可调和边沿快速的特点。对于高频的初始波形信号，考虑到DDS重构滤波器对高频谐波分量存在较大抑制作用，在一种具体实施例中，优选地，选择单音正弦信号作为高频段的初始信号。
[0027]在有的实施例中，为了便于存储数据，方波信号发生器I还会包括存储器31，存储器31与DDS模块3、控制单元3和波形选择单元41相连接，用于存储数据，包括快沿脉冲信号数据、基本波形信号数据或波形参数数据。
[0028]在有的实施例中，在初始波形信号生成之后，为了滤除波形信号传输过程中的噪声、畸变和杂波，方波信号发生器I还会包括第一滤波器21、第二滤波器22，第一滤波器21与DDS模块2的第一输出端相连接，用于对快沿脉冲信号的滤波，第二滤波器22与DDS模块2的第二输出端相连接，用于对基本波形信号的滤波。
[0029]波形选择单元41与比较器52相连接，是一种选择开关，在快沿脉冲发生器的信号和基本波信号发生器的信号进行选择作为初始波形信号输出，并将所述初始波形信号传送至比较器52。当频率值为低频时，波形选择单元41接通快沿脉冲发生器的信号输出端，选择快沿脉冲信号作为初始波形信号；当频率值为高频时，波形选择单元41接通基本波信号发生器的信号输出端，选择基本波形信号作为初始波形信号。
[0030]在有的实施例中，波形选择单元41可通过拨动、旋转或按压进，在快沿脉冲发生器的信号输出端和基本波信号发生器的信号输出端之间进行选择。在有的实施例中，波形选择单元41还可通过电流或电压驱动实现电路的通断，在快沿脉冲发生器的信号输出端和基本波信号发生器的信号输出端之间进行选择。
[0031]控制单元2与波形选择单元41相连，控制单元2根据初始波形信号频率值控制波形选择单元41进行状态切换，以接通快沿脉冲发生器的信号输出端或基本波信号发生器的信号输出端。当频率值为低频时，控制波形选择单元41进行状态切换接通快沿脉冲发生器的信号输出端，选择快沿脉冲信号作为初始波形信号；当频率值为高频时，控制波形选择单元41进行状态切换接通基本波信号发生器的信号输出端，选择基本波形信号作为初始波形信号。
[0032]控制单元2还与DDS模块2相连，将波形参数发送到DDS模块2，所述控制单元2还将波形参数中的波形频率与频率边界值进行比较，所述频率边界值可通过控制单元2预设或计算分析得出。当初始波形信号的频率值小于频率边界值时，控制单元2控制波形选择单元41接通快沿脉冲发生器的信号输出端，选择快沿脉冲信号作为初始波形信号；当初始波形信号的频率值大于频率边界值时，控制单元2控制波形选择单元41接通基本波形信号发生器的信号输出端，选择基本波形信号作为初始波形信号。
[0033]比较器52的第一输入端输入波形选择单元输出的初始波形信号，第二输入端输入参考电平，所述比较器将初始波形信号与参考电平进行比较，其输出端根据比较结果进行电平翻转对波形整形，从而输出所需方波信号。需指出的是，正如【背景技术】所述，使用分立元器件搭建的比较器电路，对DDS产生的基本波形信号进行电平比较和整形得到方波信号，存在抖动大，触发位置不稳定的缺点。这是由于波形信号在高、低电平的电平转换时，其边沿与理想位置之间不可避免地产生偏移量，即所述抖动。如图3所示，由于触发边沿与同一电平的交点所对应的斜率关系是三角波101〈正弦波102〈快沿脉冲103，直接导致比较器输出的方波信号受比较电平偏移的影响不一，具体表现便是抖动性能上的差异。如图4所示，三角波、正弦波和快沿脉冲，经比较器输出后的方波信号的偏移量不同，抖动大小为三角波101〉正弦波102〉快沿脉冲103。所述比较器52为高速比较器，采取高变换速率和尽可能小的传输延迟时间(纳秒级)的方式，对所述初始波形信号进行电平比较和整形，使得输出的低频方波和高频方波均具有抖动更低的特点；同时，将上升时间和下降时间固定在一个很小的标称值(皮秒级)，加快波形信号边沿变化，不仅获得了边沿更快的高频信号，而且改善了低采样率下方波信号的边沿指标，解决了快沿脉冲信号边沿受限于DDS采样速率的问题，获得了边沿更快的低频信号。
[0034]在有的实施例中，在初始波形信号电平比较中，为了使得输出的方波边沿更快、抖动更低、占空比精细可调，方波信号发生器I还包括调节单元51，调节单元51的一段与控制单元3相连接，另一端与比较器52相连接，用于所述初始波形信号经比较器52进行电平比较和整形过程中，对波形参数，包括高电平、低电平、脉宽、频率、延迟时间、上升时间和下降时间，进行调节和修正。
[0035]如图2所示，方波信号发生器I可根据用户要求，输入参数，输出所需要的方波信号，所述参数至少包括频率。方波信号发生器I通过在低频时和高频时分别选取不同的初始信号作为初始波形，其中，低频时选择快沿脉冲信号，高频时选择基本波形信号，再通过比较器电路进行电平比较和整形后，获得边沿更快、抖动更低、占空比精细可调的低频方波，获得边沿更快、抖动更低的高频方波，从而兼具快沿脉冲信号和比较器电路的优点，充分吸取了【背景技术】所述的两种传统方法的优点，克服了两种传统方法的缺点。
[0036]基于上述方波信号发生器1，如图5，本申请提供的一种说明DDS方波信号产生过程包括以下步骤:
[0037]输入参数。所需方波信号的波形参数被用户输入，所述波形参数至少包括频率。
[0038]生成初始波形。根据用户输入的参数生成初始波形信号，所述初始波形信号包括快沿脉冲信号和基本波形信号。其中，快沿脉冲信号为公开号为CN103178809A的专利文件中公开的一种快沿脉冲信号，基本波形信号包括三角波、正弦波或普通脉冲信号。
[0039]在有的实施例中，初始波形信号生成之后，还会对波形信号分别进行滤波，滤除波形信号传输过程中的噪声、畸变和杂波。
[0040]选择初始波形。根据波形信号频率值大小，选择一种初始波形信号，包括，当频率值为低频时，选择快沿脉冲信号作为初始波形信号；当频率值为高频时，选择基本波形信号作为初始波形信号。
[0041]在一种具体实施例里，通过预设或计算分析一个频率边界值，当初始波形信号的频率值小于频率边界值时，选择快沿脉冲信号作为初始波形信号；当初始波形信号的频率值大于频率边界值时，选择单音正弦信号作为初始波形信号。
[0042]在有的实施例中，在选择础波形信号之前，还会将分别将波形数据进行存储，以备后续选择。
[0043]输出方波。对选择的初始波形信号，将初始波形信号和参考电平进行比较，根据比较结果进行电平翻转对波形整形后，输出所需方波信号。其中，电平比较和整形过程中，采取高变换速率和尽可能小的传输延迟时间(纳秒级)的方式，使得输出的低频方波和高频方波均具有抖动更低的特点；同时，将上升时间和下降时间固定在一个很小的标称值(皮秒级)，加快波形信号边沿变化，不仅获得了边沿更快的高频信号，而且改善了低采样率下方波信号的边沿指标，解决了快沿脉冲信号边沿受限于DDS采样速率的问题，可获得了边沿更快的低频信号。
[0044]在有的实施例中，在初始波形信号电平比较和整形过程中，还会对参数，包括高电平、低电平、脉宽、频率、延迟时间、上升时间和下降时间，进行调节和修正，使得输出的方波边沿更快、抖动更低、占空比精细可调。
[0045]根据所述方波信号产生过程，可根据用户要求，输入参数，输出所需要的方波信号。通过在低频时和高频时分别选取不同的初始信号作为初始波形，其中，低频时选择快沿脉冲信号，高频时选择基本波形信号，再通过比较器电路进行电平比较和整形后，获得边沿更快、抖动更低、占空比精细可调的低频方波，获得边沿更快、抖动更低的高频方波，从而兼具快沿脉冲信号和比较器电路的优点，充分吸取了【背景技术】所述的两种传统方法的优点，克服了两种传统方法的缺点。
[0046]以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【主权项】
1.一种方波信号发生器，其特征在于，包括: DDS模块，包括快沿脉冲发生器和基本波信号发生器，快沿脉冲发生器用于根据波形参数生成具有快速边沿的脉冲波信号，基本波信号发生器用于根据波形参数生成基本波信号，所述波形参数至少包括波形频率； 波形选择单元，用于选择快沿脉冲发生器产生的信号或基本波信号发生器产生的信号作为初始波形信号输出； 比较器，所述比较器的第一输入端输入波形选择单元输出的初始波形信号，第二输入端输入参考电平，所述比较器将初始波形信号和参考电平进行比较，其输出端根据比较结果进行电平翻转，从而输出所需方波信号。2.如权利要求1所述的方波发生器，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元与波形选择单元相连，控制单元根据初始波形信号的频率值控制波形选择单元进行状态切换以接通快沿脉冲发生器的信号输出端或基本波信号发生器的信号输出端。3.如权利要求2所述的方波发生器，其特征在于，所述控制单元还分别与输入设备和DDS模块相连，将输入设备接收的用户输入所需方波信号的参数转化为波形参数，并将所述波形参数发送到DDS模块，所述控制单元还将波形参数中的波形频率与频率边界值进行比较，当波形频率高于频率边界值时，控制波形选择单元接通基本波信号发生器的信号输出端，当波形频率低于频率边界值时，控制波形选择单元接通快沿脉冲发生器的信号输出端。4.如权利要求1所述的方波发生器，其特征在于，所述波形选择单元为选择开关。5.如权利要求4所述的方波发生器，其特征在于，所述选择开关通过拨动、旋转或按压在快沿脉冲发生器的信号输出端和基本波信号发生器的信号输出端之间进行选择。6.如权利要求1所述的方波发生器，其特征在于，所述比较器为高速比较器。7.如权利要求1所述的方波发生器，其特征在于，所述基本波形信号包括三角波、正弦波或普通脉冲信号。8.如权利要求1所述的方波发生器，其特征在于，所述参数包括高电平、低电平、脉宽、频率、延迟时间、上升时间和下降时间。9.如权利要求1至8中任一项所述的方波发生器，其特征在于，还包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器与DDS模块的第一输出端相连接，用于对快沿脉冲信号的滤波，所述第二滤波器与DDS模块的第二输出端相连接，用于对基本波形信号的滤波。。10.如权利要求1至8中任一项所述的方波发生器，其特征在于，还包括调节单元，所述调节单元的一端与控制单元相连接，另一端与比较器相连接，用于所述初始波形信号在经所述比较器进行电平比较和整形过程中，对所述参数进行调节和修正。
【文档编号】H03K3/017GK106059536SQ201610556620
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】蔡臻昱, 宋民, 梁振兴, 阮仲华
【申请人】深圳市鼎阳科技有限公司