高速任意波形發生器的設計

任意波形發生器是目前電子測量儀器中發展最為快速的產品之一。它既可輸出標準函數信號，也可以產生由用戶定義的非標準函數波形(任意波形)信號，并且有豐富的模擬調制(AM，FM，PM)和數字調制(FSK，PSK)功能，能為不同的應用領域提供各種標準或非標準信號，尤其在水下聲納、通信、雷達導航、電子對抗等裝備的研制、生產、維修中，是必不可少的信號發生器。基于數字頻率合成技術，給出高速任意
波形發生器的設計方案。

1 高速任意波形發生器的硬件設計
1．1 任意波形發生器的工作原理
目前任意波形發生器的產生有兩種方案，一種方案是采用直接數字頻率合成(DDS)技術產生任意波形，工作原理如圖1所示。

一個標準的DDS電路應當由以下幾部分構成，既相位累加器、波形存儲器、D／A轉換器、低通或帶通濾波器構成。任意波形數據預先通過人機接口寫入波形存儲器中，相位累加器的作用是根據輸入的頻率控制字對參考振蕩器輸出的時鐘相位進行采樣。當相位累加器的步長為K時。任意波形的輸出頻率

式中，Fs為固定采樣時鐘頻率，n為相位累加器長度，改變頻率控制字K，就可以改變DDS的輸出頻率。
采用DDS技術構成的任意波形發生器具有輸出頻率分辨率高、頻率改變相位連續等優點，但也存在兩個重要缺陷。首先是當相位累加器的相位增量步長較大時，輸出波形將產生抖動；其次由于DDS技術不是逐點讀取波形存儲器中的數據，因此輸出波形會丟失許多有用的信息。

任意波形發生器的另外一種設計方案如圖2所示，其工作原理是任意波形發生器的時鐘通過使計數器加1來改變由計數器構成的地址產生電路的輸出地址，計數器順序掃過波形存儲器中的每一個地址直到波形數據的末端，每個地址中的波形數據都被送至D／A轉換器中以將數字信號轉為模擬信號，而后D／A轉換器的輸出信號還需經過低通濾波器對D／A轉換器輸出信號的躍變邊緣進行平滑處理得到所需的任意波形。在這種方案中，所有波形數據都被送入D／A轉換器中，所以不會丟失波形數據，但要全部輸出波形存儲器中定義的波形數據內容，并且任意波形的輸出信號頻率可變，那么取樣時鐘的頻率就必需是可變的，這點與由DDS構成的任意波形發生器有著明顯的區別。采用該方案任意波形的輸出頻率

式中，Fs為可變采樣時鐘頻率。
使用該方案電路結構簡單，能夠輸出復雜的任意波形，對于高速任意波形發生器最為適合。基于該方案的任意波形發生器采樣速率可達200百萬次／秒，任意波形的最高輸出頻率可以達到50 MHz。高速任意波形發生器波形總體電路的方框圖如圖3所示。

1．2 任意波形產生電路的設計
如圖4所示，一個完整的任意波形產生電路主要由時鐘發生電路、地址計數器、波形存儲器、鎖存器、奇偶數據選擇電路以及D／A轉換器構成。