CN112583384B - 一种高频锯齿波发生器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种高频锯齿波发生器及其工作方法，包括RS422接口电路、单片机系统、DA转换电路、运放调理电路、有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放电路、加法器，以及为各个电路提供电源输入的电源转换电路；上位机通过RS422接口电路与单片机系统相连，单片机系统控制DA转换电路产生直流电压、经运放调理电路后得到一路直流偏置电压信号，单片机系统控制有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放调理电路后得到一路无偏置锯齿波信号，直流偏置电压信号、无偏置锯齿波信号均通过加法器，得到含直流偏置的锯齿波信号。结合嵌入式电路和模拟积分电路，能产生特定要求锯齿波信号，通过与上位机通信，程控实现锯齿波幅度、直流偏置的控制。

Description

一种高频锯齿波发生器及其工作方法

技术领域

本发明属于电路技术领域，涉及一种高频锯齿波发生器及其工作方法。

背景技术

目前，锯齿波发生器的实现方式主要有传统的基于模拟振荡电路的方式和基于DDS即直接数字频率合成技术的方式等。然而基于模拟振荡电路实现的锯齿波发生器功能单一、锯齿波参数难以程控调整；基于DDS的方式产生高频锯齿波信号成本较高，并存在较大杂散的情况。

在基于锯齿波调制的无线电单边带调制系统中，为了达到单边带调制技术指标，需要产生一个频率较高、信号相位连续性好、下降沿占空比小的锯齿波信号，这也是实现高频锯齿波发生器的难点。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种高频锯齿波发生器及其工作方法，采用一种结合嵌入式电路和模拟积分电路的方式来实现，能够产生特定要求锯齿波信号，并能够通过与上位机通信，程控实现锯齿波幅度、直流偏置的控制。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高频锯齿波发生器，包括RS422接口电路、单片机系统、DA转换电路、运放调理电路、有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放电路、加法器，以及为各个电路提供电源输入的电源转换电路；所述电源转换电路包括浪涌电流抑制器、DC/DC电源电路、LDO转换电路；

上位机通过RS422接口电路与单片机系统相连，所述单片机系统控制DA转换电路产生直流电压、经运放调理电路后得到一路直流偏置电压信号，单片机系统控制有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放调理电路后得到一路无偏置锯齿波信号，所述直流偏置电压信号、无偏置锯齿波信号均通过所述加法器，得到含直流偏置的锯齿波信号。

进一步的，所述电源转换电路采用浪涌电流抑制器，降低上电瞬间产生的浪涌冲击电流，分别通过DC/DC电源电路，将输入的+27V电源转换为±12V和+5V的 2路电源，±12V电源用于给所述模拟运放电路供电，+5V电源用于给所述数字运放调理电路供电，+5V电源通过LDO转换电路转换产生+3.3V电源来用于给单片机系统供电。

进一步的，所述单片机系统通过RS422接口电路实现与上位机的通讯，程控调整锯齿波信号的参数。

进一步的，一种高频锯齿波发生器的工作方法，包括产生无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号的步骤，无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号最后均通过加法器，得到一个含直流偏置的锯齿波信号。

进一步的，所述无偏置锯齿波信号的产生方法，包括以下步骤：

S1：通过单片机系统内部定时器产生一个稳定的周期性窄脉冲信号；

S2：周期脉冲信号通过控制模拟开关：

S21：在脉冲信号低电平时，有源RC积分和模拟开关电路开始充电，通过电荷积累，产生的锯齿波信号电压线性增大，与时间成线性关系；

S22：在脉冲信号高电平时，有源RC积分和模拟开关电路停止充电，积累的电荷通过泄放电路，产生的锯齿波信号快速归零；在脉冲信号为高电平期间，锯齿波信号保持为零电压；

S3：有源RC积分和模拟开关电路产生的锯齿波信号通过隔直电路调理为无偏置锯齿波信号，然后进入含数字电位器的运放电路，通过程控调整运放电路的数字电位器的电阻值，程控调整放大系数，得到无偏置锯齿波信号。

进一步的，所述直流偏置电压信号的产生方法，包括以下步骤：

S1：基准电压源产生+2.5V基准电压提供给DA转换电路；

S2：所述单片机系统通过SPI接口控制DA转换电路产生0～2.5V的直流电压；

S3：再通过运放调理电路，产生-10V～+10V范围的高精度直流电压，即直流偏置电压信号。

本发明的有益效果是：

本发明的一种高频锯齿波发生器及其工作方法，采用单片机系统的定时器和积分电路方式产生高频锯齿波信号，电路简单，成本低，可靠性高，锯齿波从最大值将为最小值仅用时40ns，有源RC积分和模拟开关电路保证了锯齿波信号相位的连续性。在基于锯齿波调制的无线电单边带调制系统中，锯齿波调制信号在射频移相器中对载波调制时保证了载波相位的连续性，从而提升了系统单边带调制度的指标。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高频锯齿波发生器的原理示意框图；

图2为电源转换电路的原理示意框图。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种高频锯齿波发生器，包括RS422接口电路、单片机系统、DA转换电路、运放调理电路、有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放电路、加法器，以及为各个电路提供电源输入的电源转换电路；所述电源转换电路包括浪涌电流抑制器、DC/DC电源电路、LDO转换电路；

上位机通过RS422接口电路与单片机系统相连，所述单片机系统控制DA转换电路产生直流电压、经运放调理电路后得到一路直流偏置电压信号，单片机系统控制有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放调理电路后得到一路无偏置锯齿波信号，所述直流偏置电压信号、无偏置锯齿波信号均通过所述加法器，得到含直流偏置的锯齿波信号。

进一步的，所述电源转换电路采用浪涌电流抑制器，降低上电瞬间产生的浪涌冲击电流，分别通过DC/DC电源电路，将输入的+27V电源转换为±12V和+5V的 2路电源，±12V电源用于给所述模拟运放电路供电，+5V电源用于给所述数字运放调理电路供电，+5V电源通过LDO转换电路转换产生+3.3V电源来用于给单片机系统供电。

进一步的，所述单片机系统通过RS422接口电路实现与上位机的通讯，程控调整锯齿波信号的参数。进一步的，RS422接口电路为RS422接口芯片。

进一步的，所述DA转换电路包括高精度DA芯片，LDO转换电路包括LDO芯片。

进一步的，一种高频锯齿波发生器的工作方法，包括产生无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号的步骤，无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号最后均通过加法器，得到一个含直流偏置的锯齿波信号。

进一步的，所述无偏置锯齿波信号的产生方法，包括以下步骤：

S1：通过单片机系统内部定时器产生一个稳定的周期性窄脉冲信号；

S2：周期脉冲信号通过控制模拟开关：

S21：在脉冲信号低电平时，有源RC积分和模拟开关电路开始充电，通过电荷积累，产生的锯齿波信号电压线性增大，与时间成线性关系；

S22：在脉冲信号高电平时，有源RC积分和模拟开关电路停止充电，积累的电荷通过泄放电路，产生的锯齿波信号快速归零；在脉冲信号为高电平期间，锯齿波信号保持为零电压；为了实现下降沿占空比小的锯齿波，脉冲信号高电平时间占空比也要小，脉冲信号的频率就是锯齿波信号的频率；

S3：有源RC积分和模拟开关电路产生的锯齿波信号通过隔直电路调理为无偏置锯齿波信号，然后进入含数字电位器的运放电路，通过程控调整运放电路的数字电位器的电阻值，程控调整放大系数，得到无偏置锯齿波信号。

进一步的，所述直流偏置电压信号的产生方法，包括以下步骤：

S1：基准电压源产生+2.5V基准电压提供给DA转换电路；

S2：所述单片机系统通过SPI接口控制DA转换电路产生0～2.5V的直流电压；

S3：再通过运放调理电路，产生-10V～+10V范围的高精度直流电压，即直流偏置电压信号。

进一步的，通过上述方法分别产生的无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号，最终通过加法器，可产生一个含直流偏置的锯齿波信号。

综上所述，本发明的一种高频锯齿波发生器及其工作方法，采用单片机系统的定时器和积分电路方式产生高频锯齿波信号，电路简单，成本低，可靠性高，锯齿波从最大值将为最小值仅用时40ns，有源RC积分和模拟开关电路保证了锯齿波信号相位的连续性。在基于锯齿波调制的无线电单边带调制系统中，锯齿波调制信号在射频移相器中对载波调制时保证了载波相位的连续性，从而提升了系统单边带调制度的指标。

以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种高频锯齿波发生器，其特征在于：包括RS422接口电路、单片机系统、DA转换电路、运放调理电路、有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放电路、加法器，以及为各个电路提供电源输入的电源转换电路；所述电源转换电路包括浪涌电流抑制器、DC/DC电源电路、LDO转换电路；

上位机通过RS422接口电路与单片机系统相连，所述单片机系统控制DA转换电路产生直流电压、经运放调理电路后得到一路直流偏置电压信号，单片机系统控制有源RC积分和模拟开关电路、含数字电位器的运放调理电路后得到一路无偏置锯齿波信号，有源RC积分和模拟开关电路保证了锯齿波信号相位的连续性，所述直流偏置电压信号、无偏置锯齿波信号均通过所述加法器，得到含直流偏置的锯齿波信号；

所述单片机系统通过RS422接口电路实现与上位机的通讯，程控调整锯齿波信号的参数；

高频锯齿波发生器的工作方法包括产生无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号的步骤，无偏置锯齿波信号、直流偏置电压信号最后均通过加法器，得到一个含直流偏置的锯齿波信号；

所述无偏置锯齿波信号的产生方法，包括以下步骤：

S1：通过单片机系统内部定时器产生一个稳定的周期性窄脉冲信号；

S2：周期脉冲信号通过控制模拟开关：

S21：在脉冲信号低电平时，有源RC积分和模拟开关电路开始充电，通过电荷积累，产生的锯齿波信号电压线性增大，与时间成线性关系；

S22：在脉冲信号高电平时，有源RC积分和模拟开关电路停止充电，积累的电荷通过泄放电路，产生的锯齿波信号快速归零；在脉冲信号为高电平期间，锯齿波信号保持为零电压；为了实现下降沿占空比小的锯齿波，脉冲信号高电平时间占空比也要小，脉冲信号的频率就是锯齿波信号的频率；

S3：有源RC积分和模拟开关电路产生的锯齿波信号通过隔直电路调理为无偏置锯齿波信号，然后进入含数字电位器的运放电路，通过程控调整运放电路的数字电位器的电阻值，程控调整放大系数，得到无偏置锯齿波信号。

2.根据权利要求1所述的一种高频锯齿波发生器，其特征在于：所述电源转换电路采用浪涌电流抑制器，降低上电瞬间产生的浪涌冲击电流，分别通过DC/DC电源电路，将输入的+27V电源转换为±12V和+5V的 2路电源，±12V电源用于给模拟运放电路供电，+5V电源用于给数字运放调理电路供电，+5V电源通过LDO转换电路转换产生+3.3V电源来用于给单片机系统供电。

3.根据权利要求1所述的一种高频锯齿波发生器，其特征在于：所述直流偏置电压信号的产生方法，包括以下步骤：

S1：基准电压源产生+2.5V基准电压提供给DA转换电路；

S2：所述单片机系统通过SPI接口控制DA转换电路产生0～2.5V的直流电压；

S3：再通过运放调理电路，产生-10V～+10V范围的高精度直流电压，即直流偏置电压信号。