• [iBoard 电子学堂][第八卷 设计任意波发生器]第二篇 iBoard 任意波发生器原理


    一、iBoard任意波发生器硬件框图

     

    iBoard 任意波发生器硬件框图如图一所示。它主要包含CPU电路、FPGA电路、接口电路、液晶与人机界面电路、直流DAC 电路、高速DA转换器、低通滤波器、衰减网络、功率输出。

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    图一 iBoard 任意波发生器硬件框图

     

    CPU电路:通过高性能Cortex-M3内核的微处理器 STM32F103VC,完成任意波发生器的主控、人机界面、接口等功能。他通过总线与FPGA 相连,完成 DDS 内核控制、波形生成、频率字写入等。

     

    FPGA电路:通过FPGA并配合内置RAM,我们使用逻辑设计 DDS 内核,完成波形信息存储、频率控制、相位控制以及调制、扫描、猝发等功能。FPGA 最终输出规则的数字序列以及100MHz 的DAC 驱动时钟。

     

    接口电路:接口电路为 iBoard 标配接口:UART 和 USB。利用接口作为桥梁,我们可以通过计算机控制任意波发生器的功能以及任意波数据下载。

     

    液晶与人机界面电路:iBoard 标配 4.3英寸真彩液晶屏;并含有自主产权的驱动器电路;任意波发生器以他作为显示界面,负责人机交互。

     

    直流DAC 电路:直流DAC是通过STM32F103VC 自带的 一路DAC,分时复用扩充至7个通道;其中两个通道作为任意波发生器的幅度控制和偏置控制电路,幅度控制电路输出电压范围为 0~1.25V,偏置电路输出电压范围为 -2.5V~2.5V。

     

    高速DA转换器:规则的数字序列经FPGA 输出后,进入到高速DAC AD9708。AD9708 是ADI 公司 TxDAC® 家族中的一员。它具有8bit分辨率及125M采样率;3V供电情况下,仅有 45mW的功耗。

     

    低通滤波器:在高速时钟的驱动下,DAC输出的一个个阶梯状的模拟信号,我们必须通过低通滤波器滤除高次谐波,来产生频谱较纯的函数信号。

     

    衰减网络:在较小幅度情况下,任意波发生器不能较好的利用DAC 的满幅范围(Full-Scale-Range,FSR),为了解决这个问题,我们通过最简单的电阻网络,完成0到60dB的衰减;根据不同的幅度输出范围,来选择不同的衰减模式,达到最佳优化。

     

    功率输出:功率输出代表任意波发生器输出信号的驱动能力,也是商业化信号源必备的功能,我们采用高带宽、大电流的功放芯片,完成50欧姆功率驱动。

     

    二、iBoard任意波发生器软件原理

     

    iBoard 任意波发生器软件分为两部分:参数设置及人机界面。人机界面负责人机交互,它基于 X-Gui。它是含有中英文的图形化界面。系统通过处理事件(包含按键、接口等),然后调用底层驱动,完成信号发生器参数设置的目的。

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