發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 18:31

【摘要】：任意函數(shù)波形發(fā)生器(Arbitrary Function Generator,AFG)是一種具備產(chǎn)生多種波形能力,使用靈活的多功能寬帶信號發(fā)生器,廣泛應(yīng)用于多種測試驗(yàn)證領(lǐng)域。信號頻率可捷變,具備多種調(diào)制功能,具備寬帶脈沖合成能力與脈沖參數(shù)精密可調(diào)是AFG的四大特點(diǎn)。本文圍繞上述四點(diǎn),對波形合成方案、信號調(diào)理方法以及硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究。本文主要研究內(nèi)容包括:1.實(shí)現(xiàn)頻率捷變信號與任意信號合成。采用基于直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Frequency Synthesis,DDFS)的多路存儲器并行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)除脈沖以外波形合成。合成任意波時(shí)采取變采樣深度方式避免因跳點(diǎn)抽取造成信號失真問題。最終實(shí)現(xiàn)1μHz至500MHz正弦波與1mHz至120MHz任意波產(chǎn)生;2.實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制與功能。分析調(diào)制參數(shù),根據(jù)調(diào)制計(jì)算特點(diǎn)將所有調(diào)制功能分為幅度調(diào)制、頻率控制、相位控制三部分。通過數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)兩任意波形的幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制功能。實(shí)現(xiàn)頻移鍵控、脈沖寬度調(diào)制、掃頻、猝發(fā)等多種調(diào)制與功能。特別針對幅度調(diào)制中調(diào)制深度大于100%問題進(jìn)行研究,結(jié)合理論分析引入深度調(diào)整因子,設(shè)計(jì)調(diào)制深度可至120%的幅度調(diào)制單元;3.實(shí)現(xiàn)寬帶脈沖合成與脈沖寬度精密調(diào)節(jié)。脈沖分為高速與低速部分,通過數(shù)字積分方式實(shí)現(xiàn)1μHz至1kHz脈沖低速脈沖部分合成。通過邊沿觸發(fā)信號延遲比較方式實(shí)現(xiàn)1kHz至120MHz高速脈沖合成。利用延遲精調(diào)單元與延遲粗調(diào)單元進(jìn)行脈沖寬度高精度控制,實(shí)現(xiàn)最高10ps調(diào)節(jié)精度;4.實(shí)現(xiàn)脈沖邊沿大范圍線性調(diào)節(jié)。針對利用數(shù)字方式調(diào)節(jié)脈沖邊沿分辨率不佳,模擬方式調(diào)節(jié)脈沖邊沿范圍受限問題,同時(shí)結(jié)合數(shù)字積分與模擬方式實(shí)現(xiàn)脈沖邊沿調(diào)整。通過數(shù)字積分方式實(shí)現(xiàn)低速脈沖邊沿在1ms至625s范圍內(nèi)可調(diào)�；陔娙萁M恒流充放電邊沿調(diào)整電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速脈沖邊沿調(diào)理單元。最終在高速脈沖上實(shí)現(xiàn)2.5ns至1ms脈沖邊沿調(diào)理范圍。系統(tǒng)測試結(jié)果表明,AFG可實(shí)現(xiàn)多波形產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)多種信號調(diào)制,具備掃頻、猝發(fā)等多種功能。正弦與脈沖頻率誤差分別不超過0.3ppm與0.25ppm;輸出1MHz正弦時(shí)信雜比為-76.01dBc;脈沖邊沿控制誤差不超過6.04%;信號幅度在50mV至5V范圍內(nèi)可控,幅度誤差分別不超過±(1%×|設(shè)置值|+5mV(V_(pp)))與±(2%×|設(shè)置值|+5mV(V_(pp)))。幅度控制精度達(dá)0.1mV,總體與泰克公司AFG3252水平相當(dāng)。
【圖文】：

( ) ( )cos 2m m mm t A f tπ φ = + 對于幅度調(diào)制過程，以 ( )AMy t 表示調(diào)幅信號，則其調(diào)制表達(dá)式為：( )( )( )( ) ( )11 cos 2 sin 2AMcm m c c cm ty t c tAm π f t φ A π f tφ = + = + + + (2-8)對于頻率調(diào)制過程，以 ( )FMy t 表示調(diào)頻信號，則其調(diào)制表達(dá)式為：( ) ( ( ))0sintFM c c=y t A ωt +m t dt∫(2-9)對于相位調(diào)制過程，以 ( )PMy t 表示調(diào)相信號，則其調(diào)制表達(dá)式為：( ) sin( ( ))PM c c cy =t A ω t + m t+φ(2-10)以上各種調(diào)制方式在實(shí)現(xiàn)方法上總體說來可以分為模擬調(diào)制方式與數(shù)字調(diào)制方式對上述調(diào)制公式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。幅度調(diào)制模擬實(shí)現(xiàn)方式如圖 2-5 所示，分別將載波信號與調(diào)制波信號輸入模擬乘法器，兩信號相乘之后經(jīng)濾波之后得到調(diào)幅信號。

圖 2-6 頻率調(diào)制波形示意圖與模擬實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖DDFS 結(jié)構(gòu)通過改變頻率控制字改變輸出信號頻率，因此頻率調(diào)制數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式可利用調(diào)制源信號控制頻率控制字實(shí)現(xiàn)。與模擬實(shí)現(xiàn)方式相比，載波波形可以是任意形狀的波形。因此利用數(shù)字方式進(jìn)行調(diào)頻更加靈活。相位調(diào)制模擬實(shí)現(xiàn)方式如圖 2-7 所示，相位是頻率的在時(shí)間上的積分，該結(jié)構(gòu)反向利用這一點(diǎn)，首先將調(diào)制源信號經(jīng)過微分電路，，再利用微分電路輸出控制壓控振蕩器輸出相位調(diào)制信號�？偟膩碚f電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且只能對正弦進(jìn)行調(diào)相。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN702

【參考文獻(xiàn)】

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3 劉瀾波;錢榮毅;;探地雷達(dá):淺表地球物理科學(xué)技術(shù)中的重要工具[J];地球物理學(xué)報(bào);2015年08期

4 王煒s

本文編號：2657717