CN104237580A - 一种产生am调幅信号的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生AM调幅信号的测量装置，涉及电变量测试领域。该测量装置包括产生数字载波信号和数字调制信号的控制单元，第一数模转换单元、第二数模转换单元，控制单元包括输出数字载波信号的第一信号输出端和输出数字调制信号的第二信号输出端，第一信号输出端连接第一数模转换单元的信号输入端，第二信号输出端连接第二数模转换单元的信号输入端，第一数模转换单元的信号输出端与测量装置的输出端耦合连接，第二数模转换单元的信号输出端与第一数模转换单元的参考电压输入端耦合连接。利用数模转换器本身的参考电压可调的特性，通过实时地改变数模转换器的参考电压的值，用数模转换器自身来完成乘法的功能，省掉了外围的模拟乘法器。

Description

一种产生AM调幅信号的测量装置

技术领域

本发明涉及电变量测试领域，具体涉及一种产生AM调幅信号的测量装置。 

背景技术

随着测试测量技术的发展和进步，很多测量装置都逐渐具备了产生AM调幅信号的功能，这些测量装置包括信号发生器，任意波发生器和射频信号源等等。 

AM调幅（Amplitude Modulation）是指用调制波信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制波信号而变化。设载波信号表达式为U_c=A_ccosω_ct，调制波信号的表达式为U_m=A_mcosω_mt，通常满足ω_m>>ω_c，则按照AM调幅的定义，最后产生的调幅波信号的表达式应为U_AM=A_c(1+A_mcosω_mt)cosω_ct。 

现有的AM调幅实现方式有模拟实现方式和数字实现方式两种，由于数字实现方式具有精度高，可控性强等优势，因此数字实现方式目前应用较为普遍，比如利用直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS）技术来产生AM调制信号。 

申请号为201010531093.2的中国发明专利申请中公开了一种利用DDS产生AM调制信号的系统，参见图1，该系统包括控制单元部分10和硬件电路部分11，其中控制单元部分10利用现场可编程门阵列（Field‐Programmable Gate Array，FPGA）来实现。控制单元部分10包括第一相位累加器101和第二相位累加器103、第一波形存储器102和第二波形存储器104。 

硬件电路部分11包括依次串联连接的第一数模转换器105和第一滤波器107，依次串联连接的第二数模转换器106和第二滤波器108，第一滤波器107的输出端和第二滤波器108的输出端分别连接至乘法器109的两个输入端，乘法器109的输出端连接系统的AM调制信号输出端。 

基于上述的系统结构，本系统还可以包括一个设置单元（未绘示），该设置单元可以是用户设置单元也可以是软件设置单元，该设置单元可以为控制单元部分10设置如下几种输入：为第一相位累加器101的一个输入端提供载波频率控制字a，为第二相位累加器103的一个输入端提供调制波频率控制字g；另外，设置单元还可以设置时钟频率Fc，使得两路相位累加器及波形存储器同 步进行工作。该设置单元既可以位于控制单元部分10内部，也可以位于控制单元部分10外部。 

第一相位累加器101将载波频率控制字a与第一相位累加器101上一次的输出值b相加后作为本次的输出结果c，这里的输出结果c是载波波形的相位信息，然后将本次输出结果c输入给第一波形存储器102，第一相位累加器101输出的相位信息作为第一波形存储器102的读地址，结合第一波形存储器102内存储的波表产生一个数字载波序列d。 

第二相位累加器103将调制波频率控制g字与第二相位累加器103上一次的输出值h相加后作为本次的输出结果i，这里的输出结果i是调制波波形的相位信息，然后将本次输出结果i输入给第二波形存储器104，第二相位累加器103输出的相位信息作为第二波形存储器104的读地址，结合第二波形存储器104内存储的波表产生一个数字调制波序列j。 

数字载波序列d和数字调制波序列j从控制单元部分10输出后，进入硬件电路部分11，数字载波序列d经过第一数模转换器（digital‐to‐analog converter，DAC）105进行数模转换，再经过第一滤波器107进行滤波，得到了需要的模拟载波信号e。数字调制波序列j经过第二数模转换器106进行数模转换，再经过第二滤波器108进行滤波，得到了需要的模拟调制波信号k。模拟载波信号e与模拟调制波信号k经过乘法器109进行相乘，就得到了AM波形m。 

上述现有技术存在着如下的缺陷： 

硬件电路部分11中使用了乘法器109，一方面增加了成本和印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）布板的面积；另外由于乘法器109是有源器件，本身具有噪声、失真等不理想特性，会使经过乘法器109输出的AM波形m波形较之理想的AM波形会有失真，信噪比恶化等缺点。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中由于使用乘法器，造成的成本高、噪声大，及易失真等问题，提供一种产生AM调幅信号的测量装置。 

本发明提供的一种产生AM调幅信号的测量装置，包括一个产生数字载波信号和数字调制信号的控制单元，一个第一数模转换单元、一个第二数模转换单元，所述控制单元包括一个输出所述数字载波信号的第一信号输出端和一个输出所述数字调制信号的第二信号输出端，所述第一信号输出端连接第一数模 转换单元的信号输入端，所述第二信号输出端连接第二数模转换单元的信号输入端，第一数模转换单元的信号输出端与测量装置的输出端耦合连接，第二数模转换单元的信号输出端与第一数模转换单元的参考电压输入端耦合连接。 

本发明公开的一种产生AM调幅信号的测量装置，利用数模转换器本身的参考电压可调的特性，通过实时地改变数模转换器的参考电压的值，用数模转换器自身来完成乘法的功能，省掉了外围的模拟乘法器电路，而且具有AM信号信噪比高、失真小的特点。 

作为一种举例，所述第二数模转换单元的信号输出端还可以通过一个增益电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。 

由于所述增益电路单元的存在，有效地保证了所述第二数模转换单元输出的模拟量的数值在所述第一数模转换单元的参考电压值的范围内。 

作为一种举例，所述第二数模转换单元的信号输出端还可以通过一个滤波电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。 

所述滤波电路单元可以将所述第二数模转换单元输出的模拟量进行滤波，滤除干扰信号，使整个测量装置输出的AM信号质量更好，信噪比更高。 

作为一种举例，所述第二数模转换单元的信号输出端还可以依次通过一个增益电路单元和一个滤波电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。 

所述增益电路单元和所述滤波电路单元同时存在，既保证了所述第二数模转换单元输出的模拟量的数值在所述第一数模转换单元的参考电压值的范围内，又能滤除干扰信号，使整个测量装置输出的AM信号质量更好，信噪比更高。 

作为一种举例，所述第二数模转换单元的信号输出端还可以依次通过一个滤波电路单元和一个增益电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。 

作为一种举例，所述控制单元可以由FPGA型现场可编程门阵列构成。 

附图说明

图1是现有技术中一种利用DDS产生AM调制信号的系统框图； 

图2是本发明优选实施例1产生AM调幅信号的测量装置200的原理框图； 

图3是本发明优选实施例2产生AM调幅信号的测量装置300的原理框图； 

图4是本发明优选实施例3产生AM调幅信号的测量装置400的原理框图。 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施例做进一步详细的说明。参照图2，优选实施例1的测量装置200包括产生数字载波信号和数字调制信号的控制单元201，第一数模转换单元202、第二数模转换单元203，控制单元201包括输出所述数字载波信号的第一信号输出端204和输出所述数字调制信号的第二信号输出端205，第一信号输出端204连接第一数模转换单元202的信号输入端206，第二信号输出端205连接第二数模转换单元203的信号输入端207，第一数模转换单元202的信号输出端208与测量装置200的输出端209连接，第二数模转换单元203的信号输出端210与第一数模转换单元202的参考电压输入端211连接。 

在本优选实施例中，控制单元201与现有技术相同，利用现场可编程门阵列（Field‐Programmable Gate Array，FPGA）来实现。作为另外的举例，控制单元201也可以由复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）来实现，控制单元201并不局限于FPGA或CPLD，只要能够输出一个数字载波信号和一个数字调制信号的控制系统都能作为控制单元201的实现方式。 

本优选实施例的测量装置200，利用第一数模转换单元202本身的参考电压可调的特性，通过实时地改变第一数模转换单元202的参考电压的值，用第一数模转换单元202自身来完成乘法的功能，省掉了外围的模拟乘法器电路，而且具有AM信号信噪比高、失真小的特点。 

第一数模转换单元202的输出表达式为： 

$V_{\mathrm{OUT}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}*\mathrm{Code}}{2^N}$

式中： 

Vout:第一数模转换单元202的输出电压； 

Vref：第一数模转换单元202的参考电压； 

Code：控制单元201给第一数模转换单元202的波形码值； 

N：第一数模转换单元202的位数： 

从上面的公式发现，第一数模转换单元202具有乘法特性，即其输出表达式是由Vref与Code的乘积； 

本优选实施例中，在控制单元201给第一数模转换单元202输出数字载波信号，这个数字载波信号相当于上述表达式中的Code；同时，第二数模转换单元203将控制单元201输出的数字调制波信号进行数模转换，得到模拟调制波信号，这个模拟调制波信号相当于上述表达式中Vref；上述的Code与上述Vref一起进入第一数模转换单元202，第一数模转换单元202利用本身的乘法特性直接输出了AM波形。 

作为另外的举例说明，在本举例说明中，第一数模转换单元202的信号输出端208通过一个滤波电路单元与测量装置200的输出端209连接。滤波电路单元将第一数模转换单元202输出的AM波形进行滤波以后再传送到输出端209，使输出的AM波形质量更好。在本举例说明中，滤波电路单元可以选用巴特沃兹（Butterworth）低通滤波器、椭圆（Elliptic）低通滤波器或贝塞尔（Bessel）低通滤波器等，上述低通滤波器的最高通过频率略高于载波信号的最高输出频率，可以获得较佳的滤波效果。 

作为另外的举例说明，在本举例说明中，第一数模转换单元202的信号输出端208通过一个增益电路单元与测量装置200的输出端209连接。增加了增益电路单元能更加灵活地满足用户的需求，例如，当第一数模转换单元202只能输出最大幅度为2Vpp的AM波形时，如果用户期望的AM波形值是10Vpp的话，增益电路单元就可以对第一数模转换单元202输出的波形进行5倍放大，从而得到用户需要的值。 

作为另外的举例说明，在本举例说明中，第一数模转换单元202的信号输出端208依次通过一个滤波电路单元和一个增益电路单元与测量装置200的输出端209连接。滤波电路单元和增益电路单元同时存在，不仅能将第一数模转换单元202输出的AM波形进行滤波以后再传送到输出端209，使输出的AM波形质量更好，还能同时对第一数模转换单元202输出的AM波形进行增益放大，更加灵活地满足用户的需求。 

作为另外的举例说明，在本举例说明中，第一数模转换单元202的信号输出端208依次通过一个放大和偏移电路单元和一个滤波电路单元与测量装置200的输出端209连接。增益电路单元和滤波电路单元同时存在，不仅能对第一数模转换单元202输出的AM波形进行增益放大，更加灵活地满足用户的需 求，还能将第一数模转换单元202输出的AM波形进行滤波以后再传送到输出端209，使输出的AM波形质量更好。 

参照图3，优选实施例2的测量装置300包括产生数字载波信号和数字调制信号的控制单元301，第一数模转换单元302、第二数模转换单元303，增益电路单元333，控制单元301包括输出所述数字载波信号的第一信号输出端304和输出所述数字调制信号的第二信号输出端305，第一信号输出端304连接第一数模转换单元302的信号输入端306，第二信号输出端305连接第二数模转换单元303的信号输入端307，第一数模转换单元302的信号输出端308与测量装置300的输出端309连接，第二数模转换单元303的信号输出端310通过增益电路单元333与第一数模转换单元302的参考电压输入端311连接。 

优选实施例2的测量装置300在优选实施例1的测量装置200的基础上，在第二数模转换单元303和第一数模转换单元302之间，增加了增益电路单元333，在本优选实施例中，第一数模转换单元302选用了AD9744芯片，第二数模转换单元303选用了AD5660芯片，由于芯片的选择原因，第二数模转换单元303输出的模拟调制波的幅值大小基本可以满足第一数模转换单元302的参考电压范围，因此，本优选实施例中的增益电路单元333采用了电压跟随器，在电路中起到缓冲和增强驱动的作用。作为说明，当第二数模转换单元303输出的模拟调制波的幅值大小无法满足第一数模转换单元302的参考电压范围要求时，所述的增益电路单元333也可以采用具有其他增益倍数的放大器来构成。 

作为另外的举例说明，当第二模数转换单元303输出的模拟调制波的幅值大小不满足第一数模转换单元302的参考电压范围时，增益电路单元333可以选用逻辑可控放大器，逻辑可控放大器的受控端与控制单元301的一个控制端相连接，依据第一数模转换单元302和第二数模转换单元303选用的芯片型号，计算出增益电路单元的增益随控制单元301输出的数字调制信号变化的计算公式，将所述计算公式事先存储在控制单元301中，控制单元301依据输出的数字调制信号及该计算公式，实时控制增益电路单元333的增益改变。由于增益电路单元333的存在，可以灵活地改变第二模数转换单元303输出的模拟调制波的幅值大小，使第二模数转换单元303输出的模拟调制波的幅值大小在第一数模转换单元302的参考电压范围内。参照图4，优选实施例3的测量装置400包括产生数字载波信号和数字调制信号的控制单元401，第一数模转换单元402、第二数模转换单元403，增益电路单元444，控制单元401包括输出所述 数字载波信号的第一信号输出端404和输出所述数字调制信号的第二信号输出端405，第一信号输出端404连接第一数模转换单元402的信号输入端406，第二信号输出端405连接第二数模转换单元403的信号输入端407，第一数模转换单元402的信号输出端408与测量装置400的输出端409连接，第二数模转换单元403的信号输出端410通过滤波电路单元444与第一数模转换单元402的参考电压输入端411连接。 

优选实施例3的测量装置400在优选实施例1的测量装置200的基础上，在第二数模转换单元403和第一数模转换单元402之间，增加了滤波电路单元444，第二模数转换单元403输出的模拟调制波先经过滤波电路单元444滤除干扰信号，使整个测量装置输出的AM信号质量更好，信噪比更高。 

在优选实施例1的基础上作另外的举例说明，本举例说明中，第二数模转换单元203的信号输出端210依次通过一个增益电路单元和一个滤波电路单元与第一数模转换单元202的参考电压输入端211连接。 

所述增益电路单元和所述滤波电路单元同时存在，既保证了所述第二数模转换单元203输出的模拟量的数值在所述第一数模转换单元202的参考电压值的范围内，又能滤除干扰信号，使整个测量装置200输出的AM信号质量更好，信噪比更高。 

在优选实施例1的基础上作另外的举例说明，本举例说明中，第二数模转换单元203的信号输出端210依次通过一个滤波电路单元和一个增益电路单元与第一数模转换单元202的参考电压输入端211连接。 

所述滤波电路单元和所述增益电路单元同时存在，既能滤除干扰信号，使整个测量装置200输出的AM信号质量更好，信噪比更高，又保证了所述第二数模转换单元203输出的模拟量的数值在所述第一数模转换单元202的参考电压值的范围内。 

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上优选实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种产生AM调幅信号的测量装置，

包括一个产生数字载波信号和数字调制信号的控制单元，

一个第一数模转换单元、

一个第二数模转换单元，

所述控制单元包括

一个输出所述数字载波信号的第一信号输出端

和一个输出所述数字调制信号的第二信号输出端，

所述第一信号输出端连接第一数模转换单元的信号输入端，所述第二信号输出端连接第二数模转换单元的信号输入端，

其特征在于，

第一数模转换单元的信号输出端与测量装置的输出端耦合连接，

第二数模转换单元的信号输出端与第一数模转换单元的参考电压输入端耦合连接。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二数模转换单元的信号输出端通过一个增益电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二数模转换单元的信号输出端通过一个滤波电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二数模转换单元的信号输出端依次通过一个增益电路单元和一个滤波电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二数模转换单元的信号输出端依次通过一个滤波电路单元和一个增益电路单元连接所述第一数模转换单元的参考电压输入端。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的测量装置，其特征在于，所述控制单元由FPGA型现场可编程门阵列构成。