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先进的DDS技术让任意波形发生器实现“绘画”功能

陈咏?? 北京普源精仪科技有限责任公司市场部?? 2008年03月01日 ?? 收藏0

  1971年3月,美国学者J.Tierncy,C.M.Rader和B.Gold最先提出直接数字合成技术(Direct Digital Synthesis),简称DDS技术。这是一种从相位概念出发直接合成所需要波形的全数字频率合成技术,在通信、雷达、导航、电子侦察、干扰与抗干扰等众多领域都有应用。

  同传统频率合成技术相比,DDS技术具有频率分辨率高、变频速度快、变频相位连续、相位噪声低等优点,易于功能扩展和全数字化集成、容易实现对输出信号的多种调制,是近年来被广泛应用的任意波形发生器的基础。

  DDS技术普及任意波应用

  日常应用中,除生成标准波形如正弦波、方波、三角波、脉冲波之外,信号发生器还要用于模拟输出自然界的一些不规则信号,以生成"实际环境"信号,包括在被测设备离开实验室或车间时可能遇到的所有毛刺、漂移、噪声和其它异常事件等信号。所有这些电子测量都要求信号发生器输出信号的参数如频率、波形、输出电压或功率等,能在一定范围内进行更加精确的调整,更好的稳定性及输出指示。因此,任意波发生功能的重要性对信号发生器来说不言而喻。

  虽然现在大部分厂商都已经应用了DDS技术,但是由于

实现方式不同,产生任意波的任意程度也有本质的差别。RIGOL(北京普源精仪科技有限责任公司) DG系列函数/任意波形发生器的DDS技术是使用一片FPGA为核心做出来的DDS系统,可以对直接合成波形的每一个参数进行有效的控制,包括存储器中的波表的数据以及数据长度,对于这样的DDS系统来说,不管是产生标准波还是任意波都是非常灵活的。相比之下,市场上用专用DDS芯片做的任意波发生器则不能做到这样灵活,因为DDS芯片是将一个正弦波的数据固化下来作为波表,使用过程中并不能修改,仅能对频率这样的简单参数进行设置,所以这些任意波和机器本身标准正弦波的精确程度也不在同一技术层次上,而是通过另外的途径和通道产生,例如使用性能较弱的单片机来完成。加上目前市面上的专用DDS芯片价格昂贵、功能固定单一,采用这一方案的信号发生器在应用上受到很大限制。

  本文中为了体验任意波的任意性,将与大家共同分享一种简易的信号源“绘画”方法。使用的仪器是RIGOL的DG3000系列高性能的函数/任意波形发生器。DG3000系列采用了先进的DDS技术,能够生成稳定、精确、纯净和低失真的任意波信号,此外还拥有120 MHz最高输出频率、300 MSa/s采样率、14位垂直分辨率、1MB采样点存储深度,配以4.0’ QVGA 彩色液晶显示,充分满足目前及未来测试需求,已在实现模拟传感器、实际环境信号、电路功能测试、串行总线调试、IC芯片测试等多方面广泛应用。

  用RIGOL任意波形发生器产生图片波形

  对于标准波形和简单的自定义任意波形,并不需要复杂操作,直接在信号源上或通过Ultrawave软件(RIGOL信号发生器自带)操作即可实现。

图1原始图片


  对于生成那些非常复杂的波形(如图1),首先我们要确定一张单色的图片(通常单色图片只有黑色和白色两种颜色,便于软件分析)。图片尺寸最好小一些,因为任意波形发生器的存储空间是有限的,如果图片尺寸太大,波形文件将会非常庞大。

  第二步,用MATLAB对该单色图片分析。让MATLAB对图片的每一个像素点进行判断,如果该像素点是黑色,那么分别记录下该像素点的横坐标和纵坐标,即得到一个(X,Y)数据。这样,在分析完该图片后,就会得到一组黑色像素点的坐标数据(如图2)。

图2用MATLAB分析图片


  第三步,对于MATLAB产生的坐标数据文件,我们使用VB开发一个转换工具软件,将坐标数据文件中的每一个坐标数据进行运算和转换,将坐标值转换成为电压值,保存为Ultrawave可以读取的CSV文件,即用软件方法将MATLAB分析获得的坐标数据X和Y分别存放到两个文件当中(如图3)。

图3CSV文件也可以通过Excel读取


  最后,将分别代表X和Y的波形数据文件通过Ultrawave软件下载到两台RIGOL任意波形发生器中,再同时输出到一台示波器的两个通道(要求任意波设置的频率要相同),打开示波器的李莎育图形模式。因为李莎育图形与时间无关,它也是通过两条波形的电压幅值确定一个点的坐标位置,这样刚好可以将之前的分解再还原。

  如果此时不能看到完整清晰的图片,是因为两台任意波形发生器发出的任意波相位还没有重合在理想的相位上。这时,只要逐步调节任意一台任意波形发生器输出任意波的相位,就能够在示波器上看到较为清晰的图片了(图4)。

图4RIGOL示波器显示的图片波形


  通过写好的软件,我们从开始分析图片到输出稳定波形所用时间不会超过5分钟,因为DG系列都有非易失的存储器,图形的波形文件也可以长期保存到机器上或者电脑中,反复使用。

  值得一提的是,因为不同仪器生成的波形在长期使用时可能会有所偏移,为避免这个问题我们可以应用到RIGOL信号发生器的时钟同步功能,即通过DG系列的同步输出接口将两台信号发生器连接,这样生成的任意波效果更好。


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DDS? 任意波形发生器? 频率合成?

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