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LXI高性能信号发生器模块研制
作 者: 胡伟
导 师: 付平
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: LXI 信号发生器 脉冲发生器 WEB IVI-COM
分类号: TM935
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
信号发生器作为自动化测试的基础,其功能决定了可参加测试任务的多样性,其性能影响着测试结果的精准性。本文研究了任意波形与脉冲产生技术,并设计了一款基于LXI总线技术的集任意波形发生器和纳秒级脉冲发生器功能于一体的高性能信号发生器。该信号发生器符合LXI C类仪器规范,能够满足科研和工业测试中的需求。本文设计对我国构建LXI自动测试系统具有重要的意义。本文设计的信号发生器任意波形发生部分基于直接数字合成技术(Direct Digital Synthesis,简称DDS),通过Verilog HDL硬件描述语言在FPGA中实现,采用48位相位累加器,具有很高的频率分辨率。脉冲发生器利用高带宽三极管作为高速开关,通过电容的充放电与阶跃恢复二极管的阶跃效应设计而成,其中负脉冲幅度可达8V以上,脉冲持续时间小于2纳秒。该仪器的控制功能利用一块集成了ARM微处理器的核心板实现,因为LXI仪器的方便易用性,通过网线和串口与计算机相连便可完成所有调试和开发。本文设计了符合LXI规范的仪器配套软件系统,可通过两种方式完成对仪器的控制。其中,基于WEB接口的控制方式设计了标准的网页界面,通过编写CGI (Common Gate Interface)程序实现网页与服务器(核心板)之间的通信;基于IVI-COM的控制方式使用MFC设计了控制面板,编写了IVI-COM驱动程序。最终只需一根网线便可在任意计算机上安装该配套软件后完成各种复杂的控制。最后,本文测试了仪器的输出结果,对频率和幅度误差进行了分析,并对脉冲发生器的测试结果进行了深入探讨。测试结果表明,本文设计满足各项指标。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-21 1.1 课题背景和意义 9-12 1.1.1 研究LXI仪器的意义 9-10 1.1.2 研究高性能信号源的意义 10-12 1.2 国内外研究现状分析 12-19 1.2.1 任意波形发生器概况 12-13 1.2.2 脉冲发生器概述 13-19 1.3 主要研究内容 19-20 1.4 论文结构 20-21 第2章 总体设计方案 21-44 2.1 信号发生器指标分析 21-28 2.1.1 LXI高性能信号发生器指标 21-22 2.1.2 直接数字合成波形的原理 22-24 2.1.3 频率指标分析 24-26 2.1.4 电压幅度指标分析 26-27 2.1.5 脉冲指标分析 27-28 2.2 总体方案设计 28-30 2.3 任意波形发生器方案 30-35 2.3.1 相位累加器位数的确定 30-31 2.3.2 函数波形方案 31-32 2.3.3 方波方案 32 2.3.4 调制波方案 32-34 2.3.5 高斯白噪声方案 34-35 2.4 脉冲信号方案 35-43 2.4.1 三极管与阶跃恢复二极管参数分析 35-38 2.4.2 脉冲电路原理 38-43 2.5 本章小结 43-44 第3章 硬件设计 44-59 3.1 信号发生器数字电路设计 44-49 3.1.1 器件选择 44-45 3.1.2 FPGA顶层I/O信号定义 45-46 3.1.3 基本模块和最小功能模块分类 46-47 3.1.4 重要功能模块的设计 47-49 3.2 信号发生器模拟电路设计 49-54 3.2.1 数模转换电路设计 49-50 3.2.2 滤波器设计 50-51 3.2.3 幅度控制电路设计 51-52 3.2.4 方波及其信号处理电路设计 52-54 3.3 脉冲电路设计 54-58 3.3.1 器件选择 54 3.3.2 电路参数分析 54-58 3.4 本章小结 58-59 第4章 软件设计 59-78 4.1 网页控制方式软件设计 59-66 4.1.1 网页设计 59-61 4.1.2 CGI程序设计 61-66 4.2 基于IVI-COM的控制方式软件设计 66-77 4.2.1 IVI-COM及其可互换性 66-69 4.2.2 控制面板设计 69-71 4.2.3 IVI-COM驱动程序设计 71-77 4.3 本章小结 77-78 第5章 测试结果与误差分析 78-92 5.1 任意波形发生器误差分析 78-86 5.1.1 正弦波幅频测试结果 78-80 5.1.2 正弦波频率误差分析 80-81 5.1.3 幅度误差分析 81-84 5.1.4 方波分析 84-85 5.1.5 其它误差及改进方案分析 85-86 5.2 脉冲信号分析 86-91 5.2.1 脉冲测量方法 86-87 5.2.2 脉冲测试结果 87-89 5.2.3 脉冲结果分析 89-91 5.3 本章小节 91-92 结论 92-93 参考文献 93-98 致谢 98-99
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 频率、波形参数的测量及仪表
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