[发明专利]一种带有四象限反馈环的功率波形发生器及其控制方法

说明书

本发明提供一种带有四象限反馈环的功率波形发生器及其控制方法，发生器通过上位机与图形化界面，由使用者控制分别输出第一控制信号以及第二控制信号，其中第一控制信号，输入到FPGA+ARM主控板，并解析指令为次级指令发送给辅助FPGA，再控制数模转换器，产生数模转后的信号，输出给四象限模拟反馈环，产生任意波形信号；而第二控制信号，则直接控制偏置调整电路，输出合适的偏置信号到四象限模拟反馈环；四象限模拟反馈环将接收到的信号叠加处理后输出电压电流信号给位数拓展电路，并进一步推动运算放大器自举网络产生电压驱动波形，进而通过推挽式输出网络产生任意形状的功率波形。

技术领域

本发明涉及程控电源技术领域，更具体地，涉及一种带有四象限反馈环的功率波形发生器及其控制方法。

背景技术

在半导体等器件测量中，有时为了满足一些的特殊的需求或者测量一些特殊的指标的时候，往往需要在给出常见的直流信号之外，额外引入特殊波形的信号。对此常见的做法往往是利用一台信号发生器产生所需要的信号，然后将该信号输出到一个功率放大器，再将这个带有功率的信号输出到待测器件。然而这种方法，不仅需要多种仪器，而且波形的精度往往还受限于信号发生器和功率放大器本身的信噪比，不利用高速自动化测量。

现有技术中有公开一种基于CPCI总线的双负反馈环路四象限V/I源测量单元板卡的专利，该专利，包括CPCI总线模块、FPGA模块、ADC模块、DAC模块、继电器控制模块、电源模块、双负反馈环路模块，CPCI总线模块为板卡系统总线，连接上位机和FPGA模块，用于上位机进行控制与数据交换，FPGA模块包含CPCI总线桥片IP核、ADC模块控制IP核、DAC模块控制IP核，继电器控制模块用于切换双负反馈环路的加压测流和加流测压电路功能，双负反馈环路模块包含电压源与电流测量负反馈环路、电流源与电压测量负反馈环路。本发明技术方案提供的板卡可以工作在全部四个象限、具有满足二端口测试需求的V/I源、并且源能够浮动，达到工业自动化测试要求；现有技术中还有公开一种高精度四象限源载装置的专利，该装置，包括由一只NPN型双极晶体管与一只PNP型双极晶体管组成的功放对管，两只双极晶体管使用相同的控制基线。控制基线连接有三级放大电路，使用NPN型晶体管2SC1845和PNP型晶体管2SA992作为第一级功率放大电路，使用NPN型晶体管2SC4027和PNP型晶体管2SA1552作为第二和第三级功率放大电路，使用两只1n4148二极管作为主控制信号的调制二极管。实现了双向的电压与电流输出，并实现了输出功率与吸收功率合一的四象限工作模式；采用二极管的控制调制方案对功率控制管进行控制，实现了连续过零输出；采用软开关控制的方案，实现了装置的可靠与安全。

现有的四象限源载或源测量单元其不足之处在于，只能产生稳定的直流电平和电流，且精度不够高，噪声比较大，没能覆盖实现任意功率波形的源载等功能。但是直流性能和任意波形性能之间往往存在这较为复杂的矛盾，需要较为复杂的电路设计，存在技术上的困难，且成本较高。

发明内容

本发明提供一种带有四象限反馈环的功率波形发生器，该装置解决现有的四象限源载或源测量单元在直流性能上的不足。

本发明的又一目的在于提供一种上述带有四象限反馈环的功率波形发生器控制方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种带有四象限反馈环的功率波形发生器，包括开关电源模块，功率放大模块，四象限反馈环，数字信号处理与控制电路和上位机系统；所述开关电源模块均与功率放大模块、四象限反馈环和数字信号处理与控制电路连接，并为它们供电；四象限反馈环，数字信号处理与控制电路还分别与上位机系统连接；四象限反馈环还分别与功率放大模块和数字信号处理与控制电路连接。

进一步地，所述开关电源模块包括顺次连接的正弦波产生电路、频谱剔除与倍频电路和推挽式开关电源与功率滤波器；开关电源模块通过推挽式开关电源与功率滤波器连接到功率放大模块、四象限反馈环和数字信号处理与控制电路。