利用数字频率合成技术设计高速任意波形发生器(上)

波形发生器为常用器件，正因如此，波形发生器具备较强现实意义。对于波形发生器，诸多朋友均存在一定兴趣。此外，小编在往期带来诸多波形发生器相关文章，热爱波形发生器的朋友可翻阅哦。本文中，小编对于波形发生器的讲解主要在于对高速任意波形发生器的工作原理加以介绍。

请注意，本文仅为小编带来的如何采用数字频率合成技术进行高速任意波形发生器设计的上篇，在后期的文章中，小编将带来本文的下篇，请注意留意本网站动态哦，正文如下。

一、序言

任意波形发生器是目前电子测量仪器中发展最为快速的产品之一。它既可输出标准函数信号，也可以产生由用户定义的非标准函数波形(任意波形)信号，并且有丰富的模拟调制(AM，FM，PM)和数字调制(FSK，PSK)功能，能为不同的应用领域提供各种标准或非标准信号，尤其在水下声纳、通信、雷达导航、电子对抗等装备的研制、生产、维修中，是必不可少的信号发生器。

二、高速任意波形发生器的工作原理

目前任意波形发生器的产生有两种方案，一种方案是采用直接数字频率合成(DDS)技术产生任意波形，工作原理如图 1 所示。

一个标准的 DDS 电路应当由以下几部分构成，既相位累加器、波形存储器、D/A 转换器、低通或带通滤波器构成。任意波形数据预先通过人机接口写入波形存储器中，相位累加器的作用是根据输入的频率控制字对参考振荡器输出的时钟相位进行采样。当相位累加器的步长为 K 时。任意波形的输出频率
 

 
式中，Fs 为固定采样时钟频率，n 为相位累加器长度，改变频率控制字 K，就可以改变 DDS 的输出频率。

采用 DDS 技术构成的任意波形发生器具有输出频率分辨率高、频率改变相位连续等优点，但也存在两个重要缺陷。首先是当相位累加器的相位增量步长较大时，输出波形将产生抖动;其次由于 DDS 技术不是逐点读取波形存储器中的数据，因此输出波形会丢失许多有用的信息。

任意波形发生器的另外一种设计方案如图 2 所示，其工作原理是任意波形发生器的时钟通过使计数器加 1 来改变由计数器构成的地址产生电路的输出地址，计数器顺序扫过波形存储器中的每一个地址直到波形数据的末端，每个地址中的波形数据都被送至 D/A 转换器中以将数字信号转为模拟信号，而后 D/A 转换器的输出信号还需经过低通滤波器对 D/A 转换器输出信号的跃变边缘进行平滑处理得到所需的任意波形。在这种方案中，所有波形数据都被送入 D/A 转换器中，所以不会丢失波形数据，但要全部输出波形存储器中定义的波形数据内容，并且任意波形的输出信号频率可变，那么取样时钟的频率就必需是可变的，这点与由 DDS 构成的任意波形发生器有着明显的区别。采用该方案任意波形的输出频率
 

 
式中，Fs 为可变采样时钟频率。

使用该方案电路结构简单，能够输出复杂的任意波形，对于高速任意波形发生器最为适合。基于该方案的任意波形发生器采样速率可达 200 百万次 / 秒，任意波形的最高输出频率可以达到 50 MHz。高速任意波形发生器波形总体电路的方框图如图 3 所示。