基于fpga和ad768的高精度多路信号源设计

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1、第1期(总第158期)机械工程与自动化No．12010年2月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2010)01—0139—03基于FPGA和AD768的高精度多路信号源设计赵呈恺，甄国涌，焦新泉(中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室，山西太原030051)摘要：设计了一种基于DDS原理，采用FPGA和AD768实现的高精度信号源。针对理想方波信号包含无穷频率分量、可用于动态特性测试的特点，提出了采用单刀双掷电子开关切换两路电平生成方波信号的实现方法，具有上升沿和下

2、降沿速度快的优点。最后，通过实验给出了实际方波信号的时延特性。关键词：高精度；信号源；FPGA；AD768中图分类号：TN914．1文献标识码：AO引言信号源设计常常采用多路模拟复用器结合采样保信号源作为一种电子测量和计量设备，通常可产持电路实现多路信号输出，由于采样时间需要几s甚生大量的标准信号和用户定义信号。由于它具有高精至几十／2s(与采样保持电容取值和信号峰峰值相关)，度、高稳定性、可重复性和易操作性等特点，而被广所以输出信号频率较低，基于DDS原理生成的方波信泛应用于自动控制、振动激励、通讯和仪器仪表领域。号的上升沿和下降沿

3、时间取决于采样时间，显然不能它不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相满足设计要求。为此，提出了以下实现方案。移、波形进行动态控制，并能与其他仪器进行通讯，组该信号源由FPGA作为主控单元，通过LVDS芯成自动测试系统。在各种实验应用和测试处理中，既片经测试台背板LVDS总线与上位机实现通讯。由上可根据使用者的要求，将信号源作为激励源来仿真各位机提供波形数据并下载至信号源卡，FPGA将波形种测试信号并提供给被测电路，以满足测量或各种实数据存人大容量存储器。信号源信号输出启动时，际需要，也可作为一种测量仪器来完成一定的测试功FPG

4、A中心控制逻辑读出波形数据送到DAC转换，能。本文介绍的信号源即采用FPGA与AD768结合并控制模拟开关的选通，信号经模拟开关后再经采样实现高精度信号输出，该方法具有结构简单、配置灵保持(S／H)输出64路直流信号，每两路(电平不同)为活、输出信号精度高的特点，可用于对存储测试系统、一组由单刀双掷开关(SPDT)在FPGA控制下选择输数据采集系统等装置进行测试，并可检测目标设备的出，共产生32路方波。由低电平一路转为高电平一路工作状态和各项性能指标，为及时查找被测物体在运输出即为方波信号的上升沿输出，由高电平一路转为作中发生故障的原

5、因提供了有效的测试手段。低电平一路输出即为方波信号的下降沿输出。控制单1信号卡的方案设计刀双掷开关切换每路信号的时间以及频率即可控制方1．1功能及要求波信号的相位、频率和占空比。当需要输出正弦波、锯要求信号源能够提供32路模拟信号输出，输出电齿波、三角波和直流量信号时，FPGA控制单刀双掷开压范围一1V～+7V，包括正弦波、锯齿波、三角波、关固定选通其中的一个通道作为32路信号的输出通方波以及直流量输出，其中方波信号上升沿和下降沿道。高精度信号卡的原理框图见图1。时间均小于1s。2硬件实现1．2原理设计为实现信号的高精度输出，必须选用

6、分辨率高的由于本信号源主要针对方波信号设计，以下提到DAC，本文采用AD768，它具有16位的分辨率，理论的波形数据未特别指明的均指直流量波形数据。精度为1／2一o．002，能够满足0．01精度的设计要*国家自然科学基金资助项目(2007AA04Z321)收稿日期：2009—05～13；修回日期：2009—08—13作者简介：赵呈恺(1978一)，男，山西忻州人，在读硕士研究生，主要从事动态测试、微系统及集成技术、数据处理等方面的研究。·140·机械工程与自动化2010年第1期求。该器件是基于先进的双极型CMOS处理工艺制造并通过由A

7、D824组成的电压调理电路将电压调理至的，具有良好的直流和交流特性，其最大数据更新速度所需范围，DAC转换电路见图2。为3OMSPS(MillionSamplesperSecond)，片上集成2．5V带隙参考电压，可保证输出电压的精度和稳定64性。AD768的节点电流源使用经激光处理的薄膜电阻，路以获取优越的直流电线性，其特殊的内部结构使其具有选择优越的动态精确度，并且单线控制，操作方便。器根据要求，输出的模拟信号电压范围要求LvDS总线在一1V～+7V，由于AD768为电流输出型，所以，转换电路采用高速运放AD811实现电流／电压转

8、换，图1高精度信号卡的原理框图图2DAC转换电路图2中，IOUTA为AD768的电流输出，数字输本方案的方波信号通过单刀双掷电子开关切换生入全为1时满幅；REFOUT为AD768的参考输出电成，因此方波信号的相位、频率和