一种低频信号产生装置的设计方法

信号发生器是一种常用的信号源,广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器,且特殊波形发生器的价格昂贵。所以本设计使用的是STC89C51单片机构成的发生器,可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形和任意波形,波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制,幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等特点。     

基于ICL8038函数信号发生器的设计

本设计是以ICL8038和AT89C2051为核心设计的数控及扫频函数信号发生器。ICL8038作为函数信号源结合外围电路产生占空比和幅度可调的正弦波、方波、三角波;该函数信号发生器的频率可调范围为1KHz-100KHz,步进为0．1KHz,波形稳定,元明显失真。     

任意复包络信号的匀速运动目标回波脉间补偿及相干积累

现代声呐、水下制导等水声探测系统常常使用窄带脉冲、调制、编码、伪随机等种类繁多的发射信号波形来满足低信噪比检测、高分辨估计、抗干扰、主动隐蔽探测的应用需求.针对这一情况,本文研究了任意信号的长时间积累问题,给出了一种任意复包络信号的匀速运动目标回波脉间补偿及相干积累检测方法.通过构建任意发射信号波形的广义模糊函数,将匹配滤波器输出表示为所构造的广义模糊函数,使得任意复包络信号的脉压波形不仅能够用统一的数学模型来表述和计算,而且能够提供多脉冲回波的距离走动信息和多普勒频移信息,为多脉冲距离位置对齐和Fourier变换(FFT)积累提供了依据.对于用广义模糊函数表示的匹配滤波器输出,采用Keystone变换将复包络对齐,消除了距离走动,采用FFT补偿多普勒频移项,实现了任意复包络信号的长时间相干积累.对于水下探测中使用的连续波信号、线性调频信号以及复杂的m序列编码信号、Costas跳频编码信号波形进行了信号积累及检测的计算机仿真,验证了任意复包络信号的匀速运动目标回波脉间补偿及相干积累的正确性.消声水池实验验证了该方法的有效性.     

基于直接数字频率合成技术任意波形声纳信号源的设计

基于直接数字频率合成技术的声纳信号源,重点解决了调频波的相位连续性和波形光滑度的难题。该信号源在硬件电路不改变的情况下,只通过更改软件就可以产生任意的波形。由于直接数字频率合成芯片的高度集成化和简单的外围电路,设计出的信号源是小型化的,可直接应用于声纳浮标的发射源。此外这种技术的高可靠性,又在很大程度上保证了浮标的成活率,具有良好的应用前景。     

基于LabVIEW的特殊复杂信号源研究与设计

围绕导航通信系统的抗干扰测试需求以及对现役无线电导航系统的性能评估任务,研究并设计了一种复杂环境下的信号源并给出了数学模型。该信号源设计要求能够产生包括理想、多径、干扰以及信道噪声在内的、具有天线效应的实际复杂信号。在多径延时的设置上,给出了一种精度更高,延时任意的信号生成方法。最后以PXIe-5672为硬件测试平台,由计算机软件LabVIEW产生波形数据,并通过控制仪器驱动实现信号的存储和发生,完成了整个信号源的设计。仿真结果表明了该设计方案可行有效。     

基于ARM Cortex-M3微控制器与QDUC的嵌入式激励器设计

为解决传统激励器设备体积大、成本高等问题,采用ARM Cortex-M3微控制器与QDUC方案设计了一种嵌入式激励器;系统基于ARM Cortex-M3微控制器、以太网PHY与uIP TCP/IP协议栈构建有线以太网实现与外部上位机之间的数据的收发,使用专用QDUC集成电路芯片对以太网传送来的基带数据进行正交数字上变频,产生任意波形射频激励信号。该方案具有环境适应性强、尺寸小、结构简明、开发难度低、工作稳定可靠、可扩展性强等特点。试验实测系统工作于UDP模式时最大可用基带数据更新速率可达21.5Mbps,输出射频信号载波频率覆盖DC～400MHz,满足实际工程需求。     

基于FPGA 的超导动态电感探测器频梳读出信号产生

超导动态电感探测器(Kinetic Inductance Detectors, KIDs) 作为一种新型的超导探测器, 在天文学等领域得到了广泛应用, 具有高灵敏度、 高能量分辨率等优点, 并且可以通过频域复用直接扩展到大型阵列. 然而, 为了支持上千像素的探测,KIDs 阵列需要产生复杂的频梳信号, 占用较大的信号带宽. 因此, 数模转换器件(Digital-to Analog Converter, DAC) 的采样率对于 KIDs 阵列的读出电路实现至关重要. 基于JESD204B 传输协议的高速 DAC相较于传统低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling, LVDS) 协议的转换器具有更高的采样率和传输速率, 可用于频梳信号波形的产生. 为此, 本文提出了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA) 的设计, 以 Xilinx 公司 Kintex-7 系列 FPGA 为主控芯片, 通过高速串行接口JESD204B 和高速 DAC 芯片AD9136 实现高速数据传输,DAC 采样率为2 GSPS, 能生成带宽为1 GHz 的基带信号. 实验结果表明, 该设计能够有效地生成复杂的频梳信号, 具有较高的信号质量和灵活性, 解决了传统 DAC 及直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer, DDS) 器件难以产生复杂多变波形的难题, 有助于拓展 KIDs 阵列的工程应用.     

基于时频波谱对易原理分析莫尔条纹谱

数值解析信号波形时频域对易演变过程,研究任意信号波形与频率组分的内在联系, 并将该对易原理应用于莫尔条纹相位分析,提取相位信息。采用矩形窗模拟冲激波形和直流波形的变换过程,通过控制矩形窗函数窗宽,获得各种宽度矩形脉冲,窗宽趋于零情况下获得冲激波形,趋于∞获得直流波形。自开发快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)系统,对矩形脉冲实施离散傅里叶变换,方便快捷获得相应频谱数值解析波形,分析波形与频谱对易关系。结果发现,矩形窗函数频谱是Sa函数,窗宽变化导致Sa函数波形变化。窗宽减小时,Sa函数波形展宽,振动舒缓,趋于零极限时,变成直流波形。窗宽增大时,Sa函数波形紧缩,振动加剧,趋于∞的极限时,演变成δ冲激波形,信号波形时频域是对易的。根据时频域波形与频谱对易关系,在分析莫尔条纹时,将莫尔条纹的一级谱滤出并归一,由波谱对易原理,时域信号将体现Sa函数,使条纹对比分明,便于提取相位信息。     

基于CPLD的正弦波/方波互换电路及实验

针对信号发生芯片组成的信号发生器波形单一,幅值、频率等参量不便调节,且信号峰峰值不能满足磁通门的激励信号对峰峰值的要求的缺点,采用数字芯片CPLD为核心元件构建大信号幅值的正弦波和方波互换电路,以产生幅值、频率等参量可调的正弦波或方波信号.设计了基于CPLD的正弦波和方波转换电路,进行了CPLD相关功能模块的程序设计与实验测试,实验结果验证了转换电路的功能.     

多倍频简谐振动合成实验仪

研制了能够直观演示多倍频简谐振动合成的仪器.利用单片机控制直接数字合成芯片,精确产生任意频率和相位的4路正弦信号,通过模拟加法电路实现信号的合成.通过与计算机仿真结果的比较,实验仪能够很好地演示多倍频简谐振动的合成.     

基于国产FPGA及DAC的任意波形发生器的设计

任意波形发生器作为测试测量设备的一种重要仪器,在航空航天的测量与控制技术领域中得到了广泛应用。当前市场成熟任意波形发生器产品多为国外产品或者国内厂商基于国外FPGA和DAC研制的产品。为了打破技术垄断,提高国产任意波形发生器的自主技术保障能力,研制基于国产芯片的任意波形发生器愈发重要。随着国产芯片设计技术提升,国产FPGA和DAC的性能显著提高,并得到了广泛应用。PXI总线作为当前仪器领域的主要总线类型之一,可以满足大部分测试仪器的通讯要求。基于国产FPGA和DAC器件,从硬件设计和软件设计两个方面出发,成功研制了一款采样率为100MSa/s的 PXI总线任意波形发生器模块,实现了43MHz信号输出,通过实验测试了模块的功能和性能,完全满足模块指标要求,充分证明了国产芯片在工程设计中的性能特性。     

用于波形数字化的JESD204B高速接口设计

随着高速波形数字化技术在核与粒子物理实验中的广泛应用,其对于ADC速度和精度需求日益增大,从而使电子学系统的PCB布局布线更加复杂、成本更高。为了简化设计,降低成本,提出了用于波形数字化的JESD204B的高速接口设计方法,介绍了JESD204B接口的协议及需求,并提出了基于Altera FPGA和专用JESD204B时钟芯片LMK0482x的具体解决方案。测试结果表明,时钟性能优异且JESD204B链路功能正常,系统性能优异,该方法可以实现JESD204B高速接口设计,并应用于波形数字化技术。At present, due to the wide application of nuclear and particle physics experiments in the waveform digitization technology and the increasing demand of high speed and high accuracy for ADC, the PCB layout is more and more complex and the cost is higher. In order to simplify the design and reduce the cost, this paper put forward the scheme of JESD204B high speed interface for the waveform digitization technology in nuclear and particle physics experiments. Firstly the interface protocol and the demand of JESD204B is introduced. Then the solution based on Altera FPGA and special JESD204B clock chip LMK0482x is proposed. The preliminary test results show that the clock performance is excellent and JESD204B link is functioning normally. Moreover, the system has an excellent performance. The scheme can realize the design of JESD204B high speed interface and therefore be applied to the waveform digitization technology.     

用于SCA ASIC测试的数字读出模块设计

高速开关电容阵列(SCA)具有高速采样、低功耗的特点,基于SCA的高速波形数字化是目前高精度时间测量的一个重要研究方向。为此,我们开展SCA芯片的研究,目前已设计完成原型ASIC设计,并正在进行后续版本的改进设计。为便于未来多版本ASIC的测试和评估,需设计具有一定通用性的数字读出模块,本论文工作主要介绍此模块的设计工作以及相应的数据读出软件。数字读出模块基于FPGA实现对待测ASIC的控制、配置及数据读出,采用DDR3片外存储芯片,使用USB3.0等接口进行数据传输;上位机软件基于Python3.7设计,实现了数据采集与波形绘制等功能。目前已使用设计完成的数字读出模块对第2版SCA ASIC进行了初步的测试,测试结果表明,此读出模块工作正常,且SCA芯片输出结果符合预期。     

相位可控的核四极矩共振激励脉冲发生器设计

在核四极矩共振（NQR）领域，射频激励脉冲信号的优劣对NQR响应信号有重要影响.针对常规方法中射频激励脉冲参数不可控的问题，本文基于32位闪存微型控制器STM32和直接数字频率合成（DDS）芯片AD9910设计了一种相位可控激励脉冲发生器.采用STM32控制AD9910产生波形参数（脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲个数和共振频率等）可控的射频激励脉冲，利用LabVIEW软件平台设计脉冲参数设置界面，并建立计算机与微控制器通信，实现波形参数的精确优化控制.实验结果表明，该方法实现了相位可控的NQR激励脉冲序列，可为后续NQR信号检测提供有效激励源.     

基于多Agent的水质监测断面优化布设研究

针对条件恶劣、空间受限的飞行目标测试环境中对其数据采集存储系统的低功耗和微型化的要求,本文提出了一种采用MSRAM作为数据的主要存储介质,结合FPGA芯片AGL030作为主控制部分的微型化数据采集存储方案。并对电路的采集存储、节能、延时进行了软件设计,对相关功能的实现进行了仿真,调试后采集存储电路工作稳定,采集存储数据回读拟合波形完整。该采集存储系统最终被成功应用于某型号的飞行炮弹数据记录中。     

一种多功能视频信号源设计

针对目前视频信号源功能单一的现状,提出了一种便携式多功能视频信号源系统设计方案。详细阐述了信号源系统的硬件及软件设计,方案基于便携式、多功能、可靠性三方面的考虑,设备采用AMD的APU芯片平台,减少了FPGA资源消耗,简化了硬件电路设计,配套软件采取模块化设计。视频信号源可提供多种制式的测试图像,同时可根据特定要求产生特殊制式或信号,实验结果表明,该多功能信号源系统稳定性好、可靠性高、使用便捷,满足设计需求。     

Compact 10 GHz loopback arrayed-waveguide grating for high-fidelity optical arbitrary waveform generation

We demonstrate a high-performance optical arbitrary waveform shaper based on a single 10 GHz arrayed-waveguide grating with 64 loopback waveguides and integrated amplitude and phase modulators on each waveguide. The design is compact and self-aligning and allows for bidirectional operation. The device's complex transfer function is manipulated and measured over the full 640 GHz passband. To demonstrate optical arbitrary waveform shaping, high-fidelity 15-line shaped waveforms are measured with cross-correlation frequency-resolved optical gating.