多通道音频段正弦信号发生技术的研究

摘要

在科学研究和工程实践的测试系统中，往往需要多路信号作为激励源，比如机械系统，水声探测系统等。传统的获得多通道信号的方法是使用多个信号发生器/任意波发生器，使用大量相同的模拟电路和数字电路的叠加。这种方法的体积大，硬件成本高，功耗大。另一方面，由于每个信号源都使用独立的时钟晶振，即使时钟晶振的绝对误差和温漂系数极小，由于时间的累积，各通道输出的激励经过长时间的工作之后，通道间的信号不匹配，程度加大。因此，多路激励系统需要解决两大关键技术，一是电路的小尺寸和低功耗，二是通道信号间的同步问题。
　　现在数字技术发展迅猛，特别是大容量、高速度的CPLD/FPGA的广泛使用。本文充分利用CPLD/FPGA的数字资源，对多通道的音频段正弦信号的发生方法进行研究，并对电路进行设计和仿真。
　　首先研究了有存储资源的基于FPGA的多通道音频段正弦信号发生方法，FPGA内嵌RAM资源，可以将正弦波形表固化在FPGA中，利用SPWM波形变换原理，研究扩展通道的数量与FPGA资源的关系，并进行模拟电路设计。对8通道的SPWM逻辑信号进行仿真设计，并以三通道为例在音频的范围内实现正弦信号的发生。SPWM逻辑信号的仿真设计以及正弦信号的发生表明，该方法可以在音频范围内实现其多通道的信号发生，其频率可达到10kHz。线路简单，只需要一根信号输入线即可，充分利用了数字资源，占用FPGA内部的RAM资源，并且其通道数取决去FPGA内的RAM资源。此外，各个通道间的信号还可以实现隔离。
　　接着研究了无存储资源的多通道音频段正弦信号的发生方法，利用开关乘法正弦发生原理来实现，分别基于CPLD对8通道和基于FPGA对56通道的控制电路进行仿真设计，然后，同样以三通道为例，在音频的范围内，对开关乘法正弦变换电路进行设计。该方法不在需要占用RAM资源，从而易于更好的扩展通道的个数，其线路数为2N+1，其中N为通道数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题研究现状

1．3 课题主要研究内容及论文结构

第2章 SPWM正弦信号发生方法

2．1 SPWM波形变换原理

2．2 SPWM逻辑信号发生方法

2．2．1 SPWM逻辑发生设计

2．2．2 参数的数字设置

2．2．3 频率范围说明

2．3 多通道信号发生电路结构

2．4 本章小结

第3章 有存储资源的多通道信号发生电路设计

3．1 单SPWM逻辑信号电路设计

3．1．1 三角波逻辑电路设计

3．1．2 正弦波逻辑电路设计

3．1．3 SPWM逻辑信号电路设计

3．2 8通道SPWM逻辑信号系统集成

3．2．1 逻辑信号拓扑结构

3．2．2 逻辑信号发生电路设计

3．2．3 仿真结果说明

3．3 SPWM波正弦变换电路设计

3．3．1 模拟电路设计

3．3．2 实验结果

3．4 本章小结

第4章 开关乘法波形发生方法

4．1 开关乘法正弦发生原理

4．2 控制逻辑电路发生方法

4．3 波形变换拓扑结构

4．4 频率范围说明

4．5 本章小结

第5章 无存储资源的多通道信号发生电路设计

5．1 单通道控制单元电路设计

5．1．1 幅度设置电路设计

5．1．2 基频方波电路设计

5．1．3 频率设置电路设计

5．1．4 相位设置电路设计

5．2 8通道控制电路设计

5．2．1 控制电路拓扑结构

5．2．2 电路仿真设计

5．2．3 编译结果说明

5．3 56通道控制电路设计

5．3．1 控制电路拓扑结构

5．3．2 电路仿真设计

5．3．3 编译结果说明

5．4 开关乘法正弦波变换电路设计

5．4．1 模拟电路设计

5．4．2 实验结果

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间成果

致谢