| 标题 | 基于VDSL2高速网络集成芯片的多信号发生器 |
| 范文 | 黄航 摘 要： 介绍利用VDSL2网络集成芯片设计的多信号发生器，该网络芯片集成有ARM处理器，两级低噪声放大器，三级低通滤波器，数字信号处理器以及14位DAC。该系统充分利用该芯片高集成的特点，设计了具有嵌入式的微型化多信号发生器。该发生器利用Matlab用户界面实现了输出频率从0.01 Hz～20 MHz的各种常规波形和用户自定义的任意波形。该系统成本低，效果佳，体积小，已经应用于实验室的各种电子应用技术实验中。 关键词： VDSL； 集成系统芯片； 嵌入式系统； 多信号发生器 中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）10?0096?02 在电子电路设计和电子电路实验中，信号发生器是必不可少的电子实验设备。近年来，随着数字化仪器，智能仪器的发展，使得仪器的功能得到加强[1]。但是，这类仪器和设备还没有完全摆脱掉手动操作的模式，而且这些大都昂贵且体积较大并且笨重[2?3]。特别是信号发生器，大部分只能产生正弦波，矩形波等常规波形，输出频率大多是几kHz或十几kHZ[4?5]，这大大限制了学生实验的类型和质量。本文充分利用VDSL2（Very?high?bit?rate Digital Subscriber Line）网络集成芯片硬件的高集成特色，结合系统内在的Linux操作系统，开发了输出频率从0.01 Hz～20 MHz的各种常规波形，如正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等，并可以产生由用户自定义的任意波形。所设计的系统成本低，且体积小。操作由用户通过计算机界面来控制信号的输出振幅和频率。 1 系统构成 本文所设计的系统主要由VDSL2芯片RTL8685以及低噪声差分驱动器组成。系统结构图如图1所示。VDSL2 RTL8685是高集成的网络芯片，在发送通道，它集成有ARM CPU，数字信号处理器， 14位DAC[6]，低噪声放大器以及截止频率可调的低通滤波器。RTL8685的内部框图如图2所示。 图1 信号发生器系统结构图 系统内有集成的各种数字滤波器组成的数字信号处理器。利用Linux OS操作系统，应用软件采用Visual C++，并在Matlab环境下的GUI用户界面中，可以选择产生各种常规波形，如：正弦波，方波，锯齿波，方波等，也能产生用户自定义的各种任意波形。 2 整体系统的设计 系统主要部分的电原理图见图3。SoC中14位D/A输出到AD8130差分?单端驱动器产生系统的模拟信号。SoC中DSTU是系统的核心。系统中所有子模块的运作都是由DSTU控制，DSTU由系统DSP控制软件操作其运作。系统采用Matlab语言编写用户界面见图4。 图2 VDSL2发送通道内部结构图 图3 模拟信号输出部分电原理图 图4 Matlab用户控制界面图 用户可以直接在界面上选择所要输出的波形，输出频率以及输出的振幅等。图5是对研制的多信号发生器系统现场测试图。测试图由数字示波器，微型多信号发生器以及笔记本电脑组成。笔记本电脑安装的控制软件产生用户需要的信号，并显示在数字示波器上，以验证所要产生的信号。从以上展示和描述的系统可以看出整个系统结构简单明了，开发成本低，用户界面易于操作，稳定性能佳等特点。 图5 系统测试图 2.1 常规波形的产生 通过图4的用户操作界面，选择所要输出的频率为100 kHz以及所要的波形为“Sine”正弦波，其输出振幅比例档设定为1/4。系统产生的正弦波见图6。从图6可看出，正弦波的频率完全与所要求输出频率符合。它的输出增幅约为950 mV。从图7～图9中，可看出此系统所产生的不同频率、不同增幅的方波、锯齿波和三角波。 2.2 任意波形的产生 用户可以通过操作界面装入（Load）所要产生波形的数据文件就可以获得所要的波形。一般而言，只要有数学模型的任意波形都可以由此系统产生。本文产生有两种频率合成的波形。如图10所示，系统输出的波形为频率分别是1 200 Hz和3 600 Hz合成的波形。 图10 系统输出的用户自定义的任意波形 3 结 语 本系统设计充分利用VDSL2高集成电路的特点成功地产生了各种常规波形和用户可以自定义的任意波形。因为输出波形是由软件控制产生，所以，输出波形的频率和振幅可以在设计范围内由用户任意选择。又因为此系统采用了高集成的SoC芯片，系统的PCB板面积小，成本很低，且系统运行非常稳定。 该系统已成功地应用于学生的电子实验中。从实验中可以看出，学生很方便地利用此系统做各种电子应用实验，使得实验效率提高，实验成本大大降低。 参考文献 [1] 李志强.汽车电子嵌入式API与发动机信号模拟及数据标定系统的研制[D].长春：吉林大学，2006. [2] 赵文锋，王海林.基于FPGA的发动机信号模拟发生实验装置研制[J].实验室研究与探索，2013（4）：36?39. [3] 徐云.基于DDFS技术的双通道任意波形信号发生器[J].仪器仪表学报，2006（5）：515?519. [4] 杨吉祥，詹宏英，梅杓春.电子测量技术基础[M].南京：东南大学出版社，1999. [5] 唐丽丽，何刚.基于89C51的信号发生器设计与实现[J].仪表技术与传感器，2007（2）：76?78. [6] Anon. RTL8685 datasheet [R]. [S.l.]： [s.n.]， 2012. |
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