[实用新型]一种基于FPGA的多功能信号发生器

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种基于FPGA的多功能信号发生器。

背景技术

    在光纤通信技术和分布式光纤传感技术中，往往需要对在光纤内传输的载有有用信号的光载波信号做相应的调制处理后再继续向后方传输，以便能够在信号接收端接收到按一定规律变化的光信号，进而有利于将所接收到的具有一定变化规律的光信号转换为方便处理和观察的电信号。然而，要对在光纤中传输的光信号做相应的信号调制处理，首先必须解决调制信号的产生问题，尤其是产生稳定性好和频率可调的各种脉冲信号、正弦信号以及方波信号等中低频调制信号，对在信号接收端做信号的转换与处理至关重要。因此，如何做到既能降低成本又能方便地产生出各种可满足不同使用场合和不同使用要求的调制信号成为了光纤通信与光纤传感领域中重要的一环。

    针对现有的商品化的信号发生器通常功能单一、可产生的信号类型少、仪器体积大而笨重且价格昂贵、使用环境受限制等问题，同时鉴于近年来蓬勃发展的FPGA器件具有低成本、高度集成化与小型化、灵活的接口方式和控制方式、高速的运算能力和高性能等优势，以FPGA为硬件平台，借助相应的开发软件和硬件描述语言来设计各种控制电路更显方便和灵活，且可用于多种工作场合。因此，采用FPGA器件来设计各种控制电路不仅能替代许多传统的仪器设备并且实现更多的功能，同时也能缩减相关产品的研发成本以及缩小相应仪器设备的体积。

实用新型内容

    本实用新型的目的在于克服现有信号发生器可产生的信号类型少、体积庞大且使用环境受限等技术的不足，提供一种基于FPGA的多功能信号发生器，它具有可产生任意中低频调制信号并且能同时输出一种DDS信号及一种脉冲信号的功能和优点。

    本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于FPGA的多功能信号发生器包括晶振电路、PLL倍频电路、分频电路、多种脉冲信号合成电路、脉冲选择与调节模块、脉冲信号调理电路、DDS信号发生模块、D/A转换器和低通滤波器，PLL倍频电路接收晶振电路的输出时钟信号并且对其做倍频后同时输出两路倍频信号Ⅰ和Ⅱ，倍频信号Ⅰ作为DDS信号发生模块及D/A转换器的输入参考时钟信号，DDS信号发生模块和低通滤波器之间连有12位的D/A转换器，倍频信号Ⅱ经过分频电路分频后同时输出一个占空比为1:1的分频信号Ⅲ和多个低占空比的单脉冲信号束Ⅳ，多种脉冲信号合成电路接收分频电路输出的多个低占空比的单脉冲信号束Ⅳ，多种脉冲信号合成电路输出端与脉冲选择与调节模块输入端连接，脉冲选择与调节模块的输出端连接脉冲信号调理电路的输入端，而将分频电路输出的占空比为1:1的分频信号Ⅲ作为D/A转换器的数模转换工作时钟信号。

    所述的FPGA包括PLL倍频电路、分频电路、多种脉冲信号合成电路、脉冲选择与调节模块、DDS信号发生模块，所述的晶振电路和FPGA同在一块FPGA开发板上，所述的脉冲信号调理电路、D/A转换器和低通滤波器为外接的信号处理设备。PLL倍频电路输出的倍频信号Ⅰ和倍频信号Ⅱ的频率可由下述公式确定：

     ,         （公式1）

    为晶振电路输出的时钟信号频率，和为在PLL宏功能模块中设置的倍频系数，其中对应频率，对应频率。

    所述的多种脉冲信号合成电路可同时生成单脉冲信号、双脉冲信号、以及三脉冲信号。

所述的脉冲选择与调节模块包括脉冲类型选择电路、调频电路和脉冲宽度调节电路，脉冲类型选择电路根据需要选择输出单脉冲信号、双脉冲信号、或者三脉冲信号，调频电路可以调节脉冲信号的重复频率，脉冲宽度调节电路既可调节单脉冲信号的脉宽，也可调节双脉冲信号的两个单脉宽及其之间的间距，还可调节三脉冲信号的三个单脉宽及其相邻两个单脉冲之间的间距，单脉冲信号的脉宽、双脉冲信号的单脉宽及其两个单脉冲之间的间距、以及三脉冲信号的三个单脉宽及其相邻两个单脉冲之间的间距的调节步进量都通过下式确定：

           （公式2）

     上式中，为单脉冲信号的脉冲宽度、双脉冲信号和三脉冲信号的单脉宽以及各自相邻两个单脉冲之间间距调节的步进量，单位为纳秒(ns)，为晶振电路输出的时钟信号主频率，单位为兆赫兹(MHz)，为倍频系数。