[发明专利]一种基于PXIe总线的任意波形发生器

摘要

本发明涉及信号发生器领域，具体涉及一种基于PXIe总线的任意波形发生器。本发明包括波形生成部分和波形调理部分，波形生成部分包括：FPGA和晶振，波形调理部分包括：16位DAC、运算放大器、SPI程控放大器、滤波电路、SPI程控DAC、差分运算放大器及减法器。本发明采用PXIe总线作为上位机下发波形数据的通道，在波形产生过程中，FPGA不断处理上位机下发的波形数据，从而保证高频信号质量的完善性。在波形调理过程中，根据信号的频率特点及抗噪能力的不同，分别采用了贝塞尔滤波器及椭圆滤波器，满足不同种类的信号滤波要求；针对低于50mV的幅值信号设计了小信号处理支路，保证小幅值信号不被噪声淹没；信号幅值和偏置采用内外同步调节的方式，确保信号的准确性。

主权项

1.一种基于PXIe总线的任意波形发生器，其特征是：任意波形发生器包括波形生成部分和波形调理部分，波形生成部分包括：FPGA和晶振，波形调理部分包括：16位DAC、运算放大器、SPI程控放大器、滤波电路、SPI程控DAC、差分运算放大器及减法器；波形生成部分中的FPGA首先解析上位机通过PXIe总线下发的控制命令，然后对上位机同时下发的波形数据进行处理，生成初始的数字量波形输出给波形调理部分；初始数字量波形首先经16位DAC进行数模转换，然后以差分信号的形式进入运算放大器和SPI程控放大器进行信号幅值调节，差分运算放大器将幅度调节后的信号进行差分到单端的转换，并通过滤波电路对转换后的信号进行滤波，最后，该波形经过减法器调节信号偏置后由波形输出口输出；波形生成的过程如下：1).FPGA首先解析上位机通过PXIe总线下发的指令控制字，解析出来的内容包括波形通道选择、波形种类、波形频率、相位、幅度以及调制信号的调制波、载波的波形频率、幅度，FPGA根据指令控制字，然后对上位机同时下发的波形数据进行处理；2).FPGA中的DDSIP核根据频率控制字及相位控制字产生的相位值不断寻址FPGA中的波形存储RAM，从而输出对应频率及相位的数字波形，该数字波形经过幅度调节及偏置调节，最终输出FPGA，完成初始数字量波形的生成；波形调理部分的过程如下：1).FPGA输出的初始数字量波形首先经过16位DAC进行数模转换，得到模拟信号；2).16位DAC输出的模拟信号进入运算放大器和SPI程控放大器，运算放大器用于对16位DAC输出的模拟信号进行固定增益放大，SPI程控放大器由FPGA通过SPI总线进行控制，根据上位机下发的幅值控制字对运算放大器的输出信号进行可变增益放大；3).差分运算放大器将SPI程控放大器输出的差分信号转换为单端信号，当最终输出的信号幅值小于50mV时，FPGA控制继电器对差分运算放大器的反馈阻值进行修改，控制差分运算放大器的固定增益等于1；4).滤波电路分为贝塞尔滤波器和椭圆滤波器，当差分运算放大器的输出波形为方波、三角波、斜波或任意波时，选择贝塞尔滤波器滤波，当输出波形为正弦波、正弦调制波、直流时，选择椭圆滤波器进行滤波；5).SPI程控DAC由FPGA通过SPI总线进行控制，输出直流量信号，SPI程控DAC输出的直流量信号与滤波电路输出的信号共同输入减法器，从而实现波形偏置的调节。