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任意波形发生技术

技术简介

       任意波形发生器硬件结构简单、通用,可以根据用户需求产生各种信号,包括模拟信号、数字信号、调制信号、真实环境信号等。而如果使用传统信号源,这些信号可能必须使用不同的设备来产生,甚至需要有多种信号源配合其它外围设备的信号源系统来完成。

    

       任意波形发生技术被称为下一代信号发生技术,基于数模变换,使用数据创建实际波形,可以在其指标范围内产生“任意”的激励信号。其核心技术是DDS(直接数字合成),又可细分为直接数字频率合成(DDFS)和直接数字波形合成(DDWS)。

       目前,国内尚未研制出2.5GSa/s采样率的任意波形发生器,模拟输出通道的带宽不超过1GHz。本项目采用高性能FPGA+高速DAC的设计架构,输出带宽达到1GHz、最高采样速率2.5GSa/s,突破了宽带波形合成的技术瓶颈,同时实现高速脉冲、函数和噪声发生功能。

       由于目前在FPGA上,直接基于2.5GHz高速时钟的DDS算法难以实现,所以本项目将每个通道降速为156.25MHz进行DDS计算,通过控制多个通道的初始相位,获得156.25MHz数据流,再通过并串转换后得到2.5GHz的数据流,最终获得1GHz带宽的信号和高速任意波形信号。


技术指标

       ●最高采样率:2.5GSa/s

       ●垂直分辨率:14位

       ●正弦波输出频率范围:DC~1GHz

       ●脉冲输出频率范围:0.01Hz~330MHz

       ●噪声输出频率: 160MHz

       ●采样深度:8MSa

       ●输出电平:50mVpp ~ 5Vpp(50Ω)

       ●通道数:双通道


技术特点

       高速任意波形合成技术基于传统的DDS结构,硬件上主要由高性能大规模高速FPGA、高速DAC、大容量存储器与触发电路组成,通过在PFGA内部设计改进型的16通道DDS波形合成技术、触发控制技术、高速大容量波形回放技术、宽带波形数字化频响补偿技术、复杂任意波形合成技术、宽带信号调理技术等,实现带宽1GHz、采样速率2.5GSa/s的高速任意波形合成。

       目前国内研制的任意波形发生器产品尚处于中低档阶段,如电子科技大学研制的ES1655型任意波形发生器,北京普源精电科技有限公司研制的DG5000函数/任意波形发生器,石家庄无线电四厂研制的TFG3150型任意波形发生器等。ES1655型任意波形发生器采样率为1.25GSa/s,存储深度为16MSa,最高输出信号频率500MHz,是目前国内采样率最高、带宽最宽的任意波形发生器。普源精电仪器公司的DG5000采样率为1GSa/s,输出信号频率最高350MHz,石家庄无线四厂的TFG3150型产品采样率400MSa/s,输出信号最高频率150MHz。


预期效益

       任意波形发生器可以以模拟波形、脉冲码型、调制、故意失真、噪声等形式提供激励信号,需求广泛,除了应用于军用通信测试仪器外,在汽车、医疗、工业应用、科研等领域都有广泛的应用。目前,高速任意波形发生器的国产化率很低,高速任意波形发生技术的推广应用,可打破国外的禁运和技术封锁,填补国内空白,同时产生良好的经济和社会效益。