基于FPGA的低频可调节信号发生器的设计与实现文献综述

 2022-05-29 10:05

文献综述

近年来先进的任意波信号发生器采用的技术基本上都是直接数字合成技术(DDS),直接数字合成技术理论是美国学者J. TiencyC, M. Rader 和B. Gold 于1971年在论文《A Digital Frequency Synthesizer》中首次提出该技术具有频率分辨率高,输出波形种类丰富,频率切换迅速以及波形相位可连续变化等优点。随着DDS理论的不断完善与集成电路工艺功能的不断提高,IDIDS技术得到了快速的发展,被国内外任意波信号发生器生产厂家广泛应用,本论文选择使用DDS技术实现任意波发生器的设计。

从目前发展状况来看,国外任意信号发生器的主流厂商有安捷伦(Agilent) 、泰克(Tektronix) 、美国国家仪器(NI等。产品系列丰富,针对不同应用范围可分为台式仪器、虚拟仪器等:按总线类型可分为LX1总线、VXI总线、PXI总线等多种类型。实际需求使得任意波形发生仪器广泛应用在众多领域中间。
国外电子测量仪器设备的研制起步较早,发展迅速,技术成热,在性能和指标上遥遥领先于国内产品,星现垄断高端市场的局面。但是由于国家的重视和政策扶持以及国内众多厂商技术人员的努力,国内的任意波形发生器研制水平正在逐步提高,不断拉近了与世界最先进水半的距离,取得了一定的研究成果:其中北京普源精电科技有限公司(Rigol)生产的DG3122A波形发牛器的采样率为300MSPS,最高频率为120MHz,垂直分辨率为12位'。凑华科技有限公司研制的TE-5201型PXI模块化波形发生器的采样率指标为100MSPS, 垂直分辨率为14位,单通道输出川。
近年来,除了信号发生器厂在追赶国外技术外,国内高校等机构也在低频信号发生器的研究设计中齐头并进,但是最终的研究成果一些仅仅 局限于方案设计和可行性分析论证,一些虽然完成了原理样机的设计,但是从原理分析及测试结果来看,其性能指标比较差,研究不够成熟。
2006年,哈尔滨理工大学的刘柯等人采用AD9672 研制了国内第一台单槽双路矢量PXI任意波信号发生器样机21。该PXI模块符合PXI2.0标准规范,机械上满足单槽3U尺寸,设计目标指标为垂直分辨车12位,采样率为100MSPS,标准波形输出最高频率仅达到200KHz。该硬件方案采用“FPGA 专用接口芯片”,其中FPGA的内部资源限制导致波形存储深度RAM空间设置过小,DAC垂直分辨率和采样率指标均较低,使得输出波形最高频率频率不高,使其仅仅存在一定研究意义,不具备实际应用价值。
2010年,成都电子科技人学的肖柳杰等人设计了基于“AD9747 PLX专用接口芯片”实现低频波形发生器模块的硬件方家,该样机采样率为200MSPS,垂直分辨率为16位,满足PXI标准,指标接近市场产品水平31。通过测试结果可看出方案存在一定的缺陷:首先,采用专用了接口芯片,PXI接口需要完成协议转换程序编写。其次,波形存储器的数据传输实时性有一定问题, 任意波信号数据传输速度测试反应较慢,若采用别的方式传输,如DMA方式,运行速度会有一定改善。 最后,该项目样机并未成型,不知与上位机联调效果如何。
从以.上国内外产品对比分析可见,由于受器件性能、研究能力、经验等制约,国内的研究水平无论在采样率,输出信号的最高频率,还是在信号指标上,与国外产品存在较大的差距。相比较台式任意波信号发生器,PXI模块在低频发生器由于受协议和机械标准限制,实现的难度更大。

参考文献

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