LXI任意波形发生器研制

论文摘要

本文对LXI任意波形发生器进行了研究。任意波形发生器是随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类信号源。其作为LXI系统中的一个基础激励源,可以很方便地与其它LXI仪器组成LXI自动测试系统。本文在参阅大量技术参考文献基础上,确定采用直接数字合成技术的总体方案,给出了实现任意波形发生器各功能的具体方案及关键参数和D/A转换器、RAM、运算放大器等器件的选择方法。整个硬件设计分为两部分——LXI接口电路和任意波形发生器功能电路。首先,在任意波形发生器接口电路设计中。本课题选用ARM嵌入式微处理器作为核心控制器,充分利用ARM运算速度快、集成度高、资源丰富的特点,实现了计算机与任意波形发生器之间的通信。其次,在任意波形发生器功能电路设计中,采用FPGA作为数字电路的载体,提高了整体的集成度。在QuartusⅡ集成开发环境下使用Verilog硬件描述语言设计了接口译码模块、系统D/A控制模块和波形产生控制模块等逻辑电路,使数字电路具有很高的可靠性和灵活性。通过采用32位相位累加器,提高了输出信号的频率分辨率。在滤波器的设计中,采用组合滤波器技术（椭圆滤波器、贝塞尔滤波器）,对不同信号进行滤波,改善了输出信号的性能;在方波产生电路中,采用模拟开关切换电压输出的方法,既降低了对D/A的性能要求又提高了方波的占空比精度,改善了方波信号质量。最后,在任意波形发生器的软件设计中,本课题采用Boa作为嵌入式Web服务器来实现基于Web接口的控制方式,并对IVI-COM驱动程序进行了介绍。本文对输出信号幅度平坦度的测试方法进行了介绍,并对任意波形发生器的误差进行了分析。经过测试,表明LXI任意波形发生器各项功能和指标均满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 自动测试系统及仪器总线发展概况
• 1.1.2 LXI发展概况
• 1.2 任意波形发生器国内外研究现状
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.4 本文结构
• 第2章 LXI任意波形发生器总体方案
• 2.1 LXI任意波形发生器技术指标
• 2.2 直接数字合成技术原理及特点
• 2.3 总体方案设计
• 2.3.1 LXI接口方案设计
• 2.3.2 标准信号产生方案设计
• 2.3.3 方波信号产生方案设计
• 2.3.4 调制信号产生方案设计
• 2.3.5 高斯白噪声方案设计
• 2.3.6 任意波形方案设计
• 2.3.7 系统D/A电路方案设计
• 2.3.8 系统A/D电路方案设计
• 2.3.9 关键参数的选取
• 2.4 本章小结
• 第3章 LXI任意波形发生器硬件电路设计
• 3.1 主要器件选择
• 3.1.1 可编程逻辑器件的选择
• 3.1.2 波形存储器（RAM）的选择
• 3.1.3 D/A转换器的选择
• 3.1.4 运算放大器的选择
• 3.2 LXI接口电路设计
• 3.3 任意波形发生器数字电路设计
• 3.3.1 数字电路整体结构
• 3.3.2 接口译码模块
• 3.3.3 波形产生控制模块
• 3.3.4 系统D/A状态机模块
• 3.3.5 时钟产生模块
• 3.4 任意波形发生器模拟通道设计
• 3.4.1 数模转换电路
• 3.4.2 低通滤波器
• 3.4.3 差分信号变换电路
• 3.4.4 衰减电路
• 3.4.5 放大及偏置电路
• 3.5 本章小结
• 第4章 LXI任意波形发生器软件设计
• 4.1 基于Web接口的控制方式
• 4.1.1 嵌入式Web服务器的选择
• 4.1.2 Web服务器中CGI程序设计
• 4.2 IVI-COM驱动程序
• 4.2.1 IVI驱动程序结构
• 4.2.2 IVI-COM类兼容特定仪器驱动程序
• 4.3 本章小结
• 第5章 测试结果与误差分析
• 5.1 数字电路设计中遇到的问题及解决方法
• 5.1.1 异步时钟域数据同步问题
• 5.1.2 FPGA中的冒险现象及其解决方法
• 5.2 信号幅度平坦度测试方法
• 5.3 测试结果
• 5.4 误差来源分析
• 5.4.1 时基抖动误差
• 5.4.2 相位截断误差
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢