一種三角波信號產(chǎn)生方法及三角波發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三角波信號產(chǎn)生方法及三角波發(fā)生器，其中，該發(fā)生器包括：三角波參數(shù)處理單元，用于對三角波參數(shù)進行處理獲取頻率控制字、時間閾值、幅度系數(shù)；三角波生成單元，用于根據(jù)所述三角波參數(shù)處理單元獲取的信息生成三角波信號。所述三角波生成單元包括：相位累加模塊用于在所述三角波生成單元的時鐘脈沖TC上升沿時累加一次頻率控制字來產(chǎn)生相碼；比較模塊用于將所述相碼與所述三角波參數(shù)處理單元獲取的時間閾值進行比較來產(chǎn)生三角波標志；選擇模塊根據(jù)所述比較模塊產(chǎn)生的三角波標志判斷一時間段內(nèi)輸出上升沿幅度系數(shù)或補碼形式的下降沿幅度系數(shù)；乘法模塊根據(jù)所述相碼與所述選擇模塊輸出的幅度系數(shù)來獲取三角波信號。
【專利說明】一種三角波信號產(chǎn)生方法及三角波發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測試測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種三角波信號產(chǎn)生方法及三角波發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明屬于測試測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說是關(guān)于一種三角波信號產(chǎn)生方法。
[0003]在測試測量領(lǐng)域，用于產(chǎn)生三角波的三角波信號發(fā)生器應用廣泛。例如雷達、通信等領(lǐng)域的電子設(shè)備需要線性度好的三角波信號作為調(diào)制信號或者基準信號，在用PWM調(diào)制的D類音頻功率放大器中，用三角波作為模擬信號被轉(zhuǎn)換為脈沖信號。
[0004]三角波信號的主要時域參數(shù)指標包括幅值、周期、線性度、對稱性等。其中線性度指的是三角波邊沿曲線符合線性規(guī)律的程度，對稱性指的是三角波上升沿時間在整個信號周期中所占時間的百分比。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)生三角波信號的方法一般有兩種，第一種是采用分立元件實現(xiàn)的積分方式， 第二種是基于DDS技術(shù)(直接頻率合成)的波表方式。
[0006]傳統(tǒng)的三角波發(fā)生器采用分立元件實現(xiàn)的積分方式，基本原理是利用積分電路將方波轉(zhuǎn)換為三角波。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中積分方式產(chǎn)生三角波的原理框圖。其中，單片機101、鍵盤電路、顯示電路構(gòu)成控制單元，可由此設(shè)置三角波的參數(shù)；數(shù)字電位計102-芯片X9241U，通過I腳、6腳、14腳、19腳提供4個可調(diào)節(jié)阻值的電阻R3> R4> R5> R6,阻值由單片機101設(shè)置；雙向穩(wěn)壓管103處的信號uQ1是方波；運算放大器104為芯片LM324，運算放大器與電容、電阻構(gòu)成了對方波的積分電路，具體說來，與二極管D1、電容C、可變電阻&、1?4、1?6構(gòu)成充電通路，充電時間T2=2*R6*C*R4/R3 ;運算放大器104與二極管D2、電容C、可變電阻R3、R4> R5構(gòu)成放電通路，放電時間T1=2*R5*C*R4/R3。修改R6、R5即可修改三角波的對稱性。積分方式產(chǎn)生三角波的技術(shù)方案缺陷如下:
[0007](I)積分電路由運算放大器和若干電阻、電容構(gòu)成，受運算放大器有限的增益、帶寬和擺幅等非理想因素的影響，以及電阻、電容引入的熱噪聲和工藝失配，積分電路很難產(chǎn)生線性度好的高性能三角波信號，信號失真大；
[0008](2)數(shù)字電位計X9241U的可變電阻的阻值抽頭數(shù)為64個，有限的抽頭數(shù)造成三角波的對稱性的分辨率低；
[0009](3)數(shù)字電位計X9241U的可變電阻的阻值范圍是2ΚΩ到50KΩ，也就是所產(chǎn)生三角波的對稱性最大到96%，達不到100%。
[0010]隨著大規(guī)模集成電路的應用，很多信號發(fā)生器采用DDS技術(shù)和FPGA (可編程邏輯陣列)芯片產(chǎn)生三角波信號，本文稱之為波表方式。如圖2所示，為現(xiàn)有技術(shù)中基于DDS波表方式產(chǎn)生三角波的原理框圖?；驹硎?相位累加器201每一個時鐘周期T。對頻率控制字K進行累加，累加的結(jié)果稱為相碼；波形存儲器203內(nèi)部存儲了一個周期的三角波樣點，它以相碼作為讀地址輸出相應的樣點；相碼是周期性的，因此從波形存儲器中輸出的也是周期性的、數(shù)字形式的三角波；數(shù)模轉(zhuǎn)換器203將其數(shù)字形式的三角波轉(zhuǎn)換為模擬量，經(jīng)過低通濾波器204濾除高頻分量后，就產(chǎn)生了三角波。三角波的對稱性由波形存儲器中的三角波樣點決定?；贒DS波表方式產(chǎn)生三角波的技術(shù)方案的缺陷如下:
[0011](I)三角波的對稱性由波形存儲器中的三角波樣點決定，那么如果要修改三角波的對稱性，則需要按照修改后的對稱性往波形存儲器中寫入新的三角波樣點，這個工作通常由上位機或者處理器完成。因此這種方式不僅需要占用較多的處理器資源，而且響應時間慢，換言之，修改對稱性的捷變性差；
[0012](2)用波形存儲器存儲三角波樣點，一方面占用了 FPGA寶貴的存儲資源；另一方面，波形存儲器的容量是有限的，通常波形存儲器的地址位寬遠小于相位累加器的數(shù)據(jù)位寬，這樣相碼在送給波形存儲器時要作截位處理，從而引起相位截斷誤差，表現(xiàn)在時域的三角波信號上，就是抖動。尤其當三角波對稱性為100%或者0%時，會產(chǎn)生較多的諧波分量，從而影響三角波信號發(fā)生器的測試效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種三角波信號產(chǎn)生方法及三角波發(fā)生器，能夠提高三角波對稱性的分辨率及改善三角波參數(shù)修改時的捷變性。
[0014]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三角波信號發(fā)生器，該發(fā)生器包括:
[0015]三角波參數(shù)處理單元，用于對三角波參數(shù)進行處理獲取頻率控制字、時間閾值、幅度系數(shù)；
[0016]三角波生成單元，用于根據(jù)所述三角波參數(shù)處理單元獲取的信息生成三角波信號。
[0017]可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述幅度系數(shù)包括:上升沿幅度系數(shù)和補碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
[0018]可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述三角波生成單元包括相位累加模塊、乘法模塊、比較模塊和選擇模塊；
[0019]所述相位累加模塊，用于在所述三角波生成單元的時鐘脈沖T。上升沿時累加一次頻率控制字來產(chǎn)生相碼；
[0020]所述比較模塊，用于將所述相碼與所述三角波參數(shù)處理單元獲取的時間閾值進行比較來產(chǎn)生三角波標志；
[0021]所述選擇模塊，用于根據(jù)所述比較模塊產(chǎn)生的三角波標志判斷一時間段內(nèi)輸出上升沿幅度系數(shù)或補碼形式的下降沿幅度系數(shù)；
[0022]所述乘法模塊，用于根據(jù)所述相碼與所述選擇模塊輸出的幅度系數(shù)來獲取三角波信號。
[0023]可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述三角波參數(shù)包括三角波的周期、三角波的幅度和三角波的對稱度。
[0024]可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述三角波參數(shù)處理單元包括頻率控制字模塊、時間閾值模塊和幅度系數(shù)模塊；
[0025]所述頻率控制字模塊，用于根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字；
[0026]所述時間閾值模塊，用于根據(jù)所述三角波的對稱性獲取時間閾值；
[0027]所述幅度系數(shù)模塊，用于根據(jù)三角波信號的幅度最大值和所述時間閾值獲取上升沿幅度系數(shù)；根據(jù)時間閾值和三角波信號的幅度最大值獲取補碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
[0028]可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述頻率控制字模塊根據(jù)下式獲取頻率控制字；
[0029]K=2n*Tc/T
[0030]其中，K為三角波信號的頻率控制字#為相位累加模塊的位寬，也即為相碼的數(shù)據(jù)位寬；T為三角波周期；τ。為三角波生成單元的時鐘周期。
[0031]可選的，在本發(fā)明一實施例中，所述時間閾值模塊根據(jù)下式獲取時間閾值；
【權(quán)利要求】
1.一種三角波信號發(fā)生器，其特征在于，該發(fā)生器包括: 三角波參數(shù)處理單元，用于對三角波參數(shù)進行處理獲取頻率控制字、時間閾值、幅度系數(shù)； 三角波生成單元，用于根據(jù)所述三角波參數(shù)處理單元獲取的信息生成三角波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于，所述幅度系數(shù)包括:上升沿幅度系數(shù)和補碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)生器，其特征在于，所述三角波生成單元包括相位累加模塊、乘法模塊、比較模塊和選擇模塊； 所述相位累加模塊，用于在所述三角波生成單元的時鐘脈沖T。上升沿時累加一次頻率控制字來產(chǎn)生相碼； 所述比較模塊，用于將所述相碼與所述三角波參數(shù)處理單元獲取的時間閾值進行比較來產(chǎn)生三角波標志； 所述選擇模塊，用于根據(jù)所述比較模塊產(chǎn)生的三角波標志判斷一時間段內(nèi)輸出上升沿幅度系數(shù)或補碼形式的下降沿幅度系數(shù)； 所述乘法模塊，用于根據(jù)所述相碼與所述選擇模塊輸出的幅度系數(shù)來獲取三角波信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)生器，其特征在于，所述三角波參數(shù)包括三角波的周期、三角波的幅度和三角波的對稱度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)生器，其特征在于，所述三角波參數(shù)處理單元包括頻率控制字模塊、時間閾值模塊和幅度系數(shù)模塊； 所述頻率控制字模塊，用于根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字； 所述時間閾值模塊，用于根據(jù)所述三角波的對稱性獲取時間閾值； 所述幅度系數(shù)模塊，用于根據(jù)三角波信號的幅度最大值和所述時間閾值獲取上升沿幅度系數(shù)；根據(jù)時間閾值和三角波信號的幅度最大值獲取補碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)生器，其特征在于，所述頻率控制字模塊根據(jù)下式獲取頻率控制字；
K=2n*Tc/T 其中，K為三角波信號的頻率控制字#為相位累加模塊的位寬，也即為相碼的數(shù)據(jù)位寬；T為三角波周期；Τ。為三角波生成單元的時鐘周期。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)生器，其特征在于，所述時間閾值模塊根據(jù)下式獲取時間閾值；
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)生器，其特征在于，所述幅度系數(shù)模塊根據(jù)下式獲取上升沿幅度系數(shù)；
Ar = A/Kr其中，&為時間閾值，A為三角波信號的幅度最大值，Ar為上升沿幅度系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)生器，其特征在于，所述幅度系數(shù)模塊根據(jù)下式獲取補碼形式的下升沿幅度系數(shù)；
A' f = A/(2N-Kr)
Af = (2N_l) -k' f 其中，&為時間閾值，A為三角波信號的幅度最大值，A' f為源碼形式下的下降沿幅度系數(shù)，Af為補碼形式的下降沿幅度系數(shù)，N為相碼的數(shù)據(jù)位寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于，所述幅度系數(shù)包括:上升沿幅度系數(shù)和源碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)生器，其特征在于，所述三角波生成單元包括相位累加模塊、乘法模塊、比較模塊、減法模塊和選擇模塊； 所述相位累加模塊，用于在所述三角波生成單元的時鐘脈沖T。上升沿時累加一次頻率控制字來產(chǎn)生相碼； 所述比較模塊，用于將所述相碼與所述三角波參數(shù)處理單元獲取的時間閾值進行比較來產(chǎn)生三角波標志； 所述減法模塊，用于將所述相碼的最大值與所述源碼形式的下降沿幅度系數(shù)之間相減來獲取補碼形式的下降沿幅度系數(shù)； 所述選擇模塊，用于根據(jù)所述比較模塊產(chǎn)生的三角波標志判斷一時間段內(nèi)輸出上升沿幅度系數(shù)或補碼形式的下降沿幅度系數(shù)；` 所述乘法模塊，用于根據(jù)所述相`碼與所述選擇模塊輸出的幅度系數(shù)來獲取三角波信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)生器，其特征在于，所述三角波參數(shù)包括三角波的周期、三角波的幅度和三角波的對稱度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)生器，其特征在于，所述三角波參數(shù)處理單元包括頻率控制字模塊、時間閾值模塊和幅度系數(shù)模塊； 所述頻率控制字模塊，用于根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字； 所述時間閾值模塊，用于根據(jù)所述三角波的對稱性獲取時間閾值； 所述幅度系數(shù)模塊，用于根據(jù)三角波信號的幅度最大值和所述時間閾值獲取上升沿幅度系數(shù)；根據(jù)時間閾值和三角波信號的幅度最大值獲取源碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)生器，其特征在于，所述幅度系數(shù)模塊根據(jù)下式獲取源碼形式的下升沿幅度系數(shù)；
k' f = A/(2N-Kr) 其中，&為時間閾值，A為三角波信號的幅度最大值，A' f為源碼形式下的下降沿幅度系數(shù)，N為相碼的數(shù)據(jù)位寬。
15.根據(jù)權(quán)利要求2~14所述的發(fā)生器，其特征在于，所述上升階段幅度系數(shù)&的數(shù)據(jù)位寬為N+M位，其中，高N位為上升階段幅度系數(shù)的整數(shù)部分，低M位為上升階段幅度系數(shù)4的小數(shù)部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求2~14所述的發(fā)生器，其特征在于，所述下降階段幅度系數(shù)的數(shù)據(jù)位寬為N+M位，其中，高N位為下降階段幅度系數(shù)的整數(shù)部分，低M位為下降階段幅度系數(shù)的小數(shù)部分。
17.一種三角波信號產(chǎn)生方法，其特征在于，該方法包括: 對三角波參數(shù)進行處理獲取頻率控制字、時間閾值、幅度系數(shù)； 根據(jù)所述頻率控制字、所述時間閾值和所述幅度系數(shù)生成三角波信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述幅度系數(shù)包括:上升沿幅度系數(shù)和補碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頻率控制字、所述時間閾值和所述幅度系數(shù)生成三角波信號的步驟包括: 在時鐘脈沖T。每一個上升沿時累加一次頻率控制字來產(chǎn)生相碼； 將所述相碼與時間閾值進行比較來產(chǎn)生三角波標志； 根據(jù)所述三角波標志判斷一時間段內(nèi)輸出上升沿幅度系數(shù)或補碼形式的下降沿幅度系數(shù)； 根據(jù)所述相碼與輸出的幅度系數(shù)來獲取三角波信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述三角波參數(shù)包括三角波的周期、三角波的幅度和三角波的對稱度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所`述的方法，其特征在于，所述對三角波參數(shù)進行處理獲取頻率控制字、時間閾值、幅度系數(shù)的步驟包括: 根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字； 根據(jù)所述三角波的對稱性獲取時間閾值； 根據(jù)三角波信號的幅度最大值和所述時間閾值獲取上升沿幅度系數(shù)；根據(jù)時間閾值和三角波信號的幅度最大值獲取補碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字的步驟包括: 根據(jù)下式獲取頻率控制字；
K=2n*Tc/T 其中，K為三角波信號的頻率控制字#為相位累加模塊的位寬，也即為相碼的數(shù)據(jù)位寬；T為三角波周期；Τ。為三角波生成單元的時鐘周期。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述三角波的對稱性獲取時間閾值的步驟包括: 根據(jù)下式獲取時間閾值；
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)三角波信號的幅度最大值和所述時間閾值獲取上升沿幅度系數(shù)的步驟包括: 根據(jù)下式獲取上升沿幅度系數(shù)；
Ar = A/Kr其中，&為時間閾值，A為三角波信號的幅度最大值，Ar為上升沿幅度系數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)時間閾值和三角波信號的幅度最大值獲取補碼形式的下降沿幅度系數(shù)的步驟: 根據(jù)下式獲取補碼形式的下升沿幅度系數(shù)；
A' f = A/(2N-Kr)
Af = (2N_l) -k' f 其中，&為時間閾值，A為三角波信號的幅度最大值，A' f為源碼形式下的下降沿幅度系數(shù)，Af為補碼形式的下降沿幅度系數(shù)，N為相碼的數(shù)據(jù)位寬。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述幅度系數(shù)包括:上升沿幅度系數(shù)和源碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頻率控制字、所述時間閾值和所述幅度系數(shù)生成三角波信號的步驟包括: 在時鐘脈沖T。每一個上升沿時累加一次頻率控制字來產(chǎn)生相碼； 將所述相碼與所述時間閾值進行比較來產(chǎn)生三角波標志；` 將所述相碼的最大值與所述源碼形式的下降沿幅度系數(shù)之間相減來獲取補碼形式的下降沿幅度系數(shù)； 根據(jù)三角波標志判斷一時間段內(nèi)輸出上升沿幅度系數(shù)或補碼形式的下降沿幅度系數(shù)； 根據(jù)所述相碼與輸出的幅度系數(shù)來獲取三角波信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述三角波參數(shù)包括三角波的周期、三角波的幅度和三角波的對稱度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述對三角波參數(shù)進行處理獲取頻率控制字、時間閾值、幅度系數(shù)的步驟包括: 根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字； 根據(jù)所述三角波的對稱性獲取時間閾值； 根據(jù)三角波信號的幅度最大值和所述時間閾值獲取上升沿幅度系數(shù)；根據(jù)時間閾值和三角波信號的幅度最大值獲取源碼形式的下降沿幅度系數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)脈沖周期獲取頻率控制字的步驟包括: 根據(jù)下式獲取源碼形式的下升沿幅度系數(shù)；
k' f = A/(2N-Kr) 其中，&為時間閾值，A為三角波信號的幅度最大值，A' f為源碼形式下的下降沿幅度系數(shù)，N為相碼的數(shù)據(jù)位寬。
31.根據(jù)權(quán)利要求1f30所述的方法，其特征在于，所述上升階段幅度系數(shù)\的數(shù)據(jù)位寬為N+M位，其中，高N位為上升階段幅度系數(shù)的整數(shù)部分，低M位為上升階段幅度系數(shù)Ar的小數(shù)部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求1f30所述的方法，其特征在于，所述下降階段幅度系數(shù)的數(shù)據(jù)位寬為N+M位，其中，高N位為下降階段幅度系數(shù)的整數(shù)部分，低M位為下降階段幅度系數(shù)的小數(shù)部分。
【文檔編號】H03K4/06GK103873025SQ201210528517
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】丁新宇, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司