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任意波形发生器作为一种新型的信号源,为待测系统提供复杂的激励信号,在电子测量领域发挥着重要的作用。任意波形发生器的核心是波形合成单元,它基于直接数字合成技术,通过数字抽样方法合成所需的波形信号。根据模块功能,波形合成单元可分为波形数据产生和波形数据处理两部分。波形数据处理模块对波形数据产生模块输出的波形数据流进行格式转换、速率调整、数字-模拟转换等操作,将数字波形信号转换为模拟波形信号。本文研究4GSPS任意波形发生器中的数据处理模块,主要工作如下:1、数据处理模块总体方案设计。分析数据产生模块的输出特点,结合功能指标,将数据处理模块分为数据接口单元、数据处理单元和数模转换单元三部分。其中,数据接口单元对数据产生模块的输出进行缓存,并实现数据率调节,数据处理单元对数据接口单元输出的数据进行处理,并形成满足指标要求和数模转换单元要求的数据格式,数模转换单元实现数字-模拟信号转换。2、数据接口单元设计。针对数据产生单元输出数据流非均匀的问题,采用异步FIFO,通过数据跨时钟域访问,实现数据流均匀输出;针对数据产生单元输出数据率与所需数据率之间存在误差的问题,设计FIFO容量监测信号,提供给数据产生模块,实现数据率的动态调节,消除数据产生单元数据率与数模转换器输入数据率之间的误差。3、数据处理单元设计。针对波形偏移可变的要求,延迟FIFO输出使能信号,并对波形数据进行移位寄存,实现波形数据偏移的大范围与高分辨率调节;针对器件低速限制无法实现10MSPS采样率的难题,通过降低波形数据读取速度,结合波形数据展宽的方法,等效降低采样率;针对数据产生单元输出数据位宽与数模转换器输入位宽不匹配的问题,通过并串转换技术与数据映射技术,实现512bit输出数据位宽到64bit数据位宽的转换,满足数模转换器输入数据位宽与输入数据顺序的要求。4、数模转换单元设计。根据指标要求,选择MAXIM公司的MAX19693高速数模转换器(DAC),辅以时钟电路、输出接口等电路,满足最高4GSPS采样率数模转换的要求;设计精密直流电平发生器作为DAC的参考电压,实现输出信号幅度的精密可调;研究数模转换器输出满度电流与正弦波形纯度的关系,选择合适的参考电流达到输出谐波与非谐波失真的指标要求。与数据产生模块联调,形成完整的波形合成单元。测试结果表明:该波形合成单元能够实现10MSPS-4GSPS采样率,10k Hz-1.5GHz频率的多种波形,0-64M点的波形偏移调节范围,8点的波形偏移调节分辨率。可提供最高带宽1.5GHz的复杂波形,达到了国内领先技术水平。