本發(fā)明總體涉及一種脈沖信號發(fā)生器，具體而言，涉及一種驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器。
背景技術(shù)：
：光電倍增管、硅光探測器等各種光電轉(zhuǎn)換器件，可以將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對光電子信號的倍增放大，其被廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。不同的應(yīng)用，對此類光電轉(zhuǎn)換器件性能精度的要求不一樣，因此有效地進(jìn)行性能刻度非常重要，通過對不同光電轉(zhuǎn)換器件的進(jìn)行性能刻度，可以選擇合適的器件用于專業(yè)的測試中。目前，對諸如光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換器件性能進(jìn)行刻度，多采用光電子譜測試方法，而較為經(jīng)典的即是單光電子刻度法。能否測試其單光電子譜(singlephotoelectron，spe)是光電轉(zhuǎn)換器件最重要的評價(jià)指標(biāo)之一。通過單光電子譜，可以刻度出光電倍增管的增益、峰谷比、能量分辨率等特性。光電倍增管的渡越時(shí)間分散度(transittimespread)是定義在單光電子譜下的性能，因此單光電子譜也可以定性知道是否能得到光電倍增管的渡越時(shí)間分散度。同時(shí)，通過單光電子譜也能刻度出光電倍增管的相對量子效率和相對收集效率。因此，單光電子譜的測試對光電轉(zhuǎn)換器件非常重要，而成功的產(chǎn)生滿足測試需求的單光子光源，就顯得尤為重要。對于通過電子學(xué)設(shè)備控制發(fā)光二極管led的發(fā)光特性，或者激光器，是可以產(chǎn)生單光子狀態(tài)的。一般常用的儀器設(shè)備是信號發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖信號，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)頻率，可以獲得光信號的周期性重復(fù)頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測試觸發(fā)信號的給出。然后通過調(diào)節(jié)加載在led上的電壓信號的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)光強(qiáng)，占空比等，實(shí)現(xiàn)單個(gè)光子的輸出。通常商業(yè)的脈沖發(fā)生器，比如泰克afg3102任意函數(shù)發(fā)生器，rigoo的 dg5352信號發(fā)生器，盡管其在帶寬上有一定區(qū)別，都可以產(chǎn)生包括正弦波、方波、脈沖波、鋸齒波、三角波、sin(x)/x、指數(shù)式增長和衰減、高斯、洛侖茲、半正矢、直流、噪聲等在內(nèi)的任意波形，所以價(jià)格比較昂貴。而用來驅(qū)動(dòng)led進(jìn)行單光子探測，只需要一種脈沖波形，而且由于受到探測器自身動(dòng)態(tài)范圍的限制，對信號的頻率要求也不高，只產(chǎn)生脈沖波形、體積小巧、價(jià)格低廉的小型脈沖信號發(fā)生器即可滿足要求。因此，需要一種新的信號發(fā)生器。在所述
背景技術(shù)：
部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器，能夠輸出可調(diào)諧的脈沖信號。本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將通過下面的詳細(xì)描述變得顯然，或部分地通過本公開的實(shí)踐而習(xí)得。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器，包括：一電源模塊，一現(xiàn)場可編程門陣列，一可編程電位器，一dc-dc轉(zhuǎn)換器，一電平轉(zhuǎn)換器；所述現(xiàn)場可編程門陣列用于產(chǎn)生脈沖信號及控制指令；所述可編程電位器用于根據(jù)所述控制指令調(diào)整電阻值；所述dc-dc轉(zhuǎn)換器用于對所述電源模塊輸入的電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并根據(jù)所述可編程電位器的電阻值調(diào)整電壓輸出；所述電平轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)所述dc-dc轉(zhuǎn)換器輸出的可調(diào)電壓對所述脈沖信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，還包括一主控cpu，用于解析數(shù)據(jù)并發(fā)送給所述現(xiàn)場可編程門陣列。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述主控cpu解析的數(shù)據(jù)包括電平幅度、占空比、周期、電壓源反饋電阻阻值、高電平時(shí)間以及低電平時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，還包括一以太網(wǎng)控制器，用于接收指令。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，還包括一上位機(jī)，用于發(fā)出指令。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述主控cpu通過uart異步串口接口與所述現(xiàn)場可編程門陣列交互。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述現(xiàn)場可編程門陣列與所述可編程電位器通過spi接口交互。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述現(xiàn)場可編程門陣列對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，把解析出的參數(shù)送入相應(yīng)寄存器。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，還包括一延時(shí)單元，用于控制所述脈沖信號的延時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，還包括一配置模塊，用于管理配置數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述可編程電位器具有一中心觸點(diǎn)以及一輸入端，所述dc-dc轉(zhuǎn)換器具有一高電位輸出端以及一低電位輸出端，分別與所述中心觸點(diǎn)以及所述輸入端連接。本公開的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器，基于現(xiàn)場可編程門陣列，實(shí)現(xiàn)占空比、周期可調(diào)的脈沖輸出，通過電平轉(zhuǎn)換器、dc-dc轉(zhuǎn)換器與可編程電位器組成的高精度輸出電壓源實(shí)現(xiàn)輸出幅度變換，最終實(shí)現(xiàn)了參數(shù)精確可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器。通過主控cpu與上位機(jī)的交互，可方便地對信號發(fā)生器的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。附圖說明通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。圖1為根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器組成示意圖。圖2為根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的電平轉(zhuǎn)換電路組成示意圖。圖3為根據(jù)本公開另一示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器的組成示意圖。圖4為根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的主控cpu嵌入式程序的框架圖。圖5為根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的主控cpu嵌入式程序的流程圖。圖6為根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的信號發(fā)生器與rigoodg5352信號源輸出波形對比圖。圖7為根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器用于單光電子譜測試結(jié)果圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實(shí)施方式使得本公開將更加全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖僅為本發(fā)明的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復(fù)描述。此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對本發(fā)明的實(shí)施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以實(shí)踐本發(fā)明的技術(shù)方案而省略所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)、方法、裝置、實(shí)現(xiàn)、材料或者操作以避免喧賓奪主而使得本發(fā)明的各方面變得模糊。本公開使用脈沖發(fā)生器的信號驅(qū)動(dòng)led，脈沖信號發(fā)生器的時(shí)間特性和幅度特性對led的發(fā)光特性會(huì)有比較大的影響。對于本公開來說，比較重要的脈沖信號發(fā)生器參數(shù)包括：上升時(shí)間，下降時(shí)間，頻率，占空比，輸出電平等。圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器組成示意圖。如圖1所示，驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器，包括：電源模塊，現(xiàn)場可編程門陣列，可編程電位器，dc-dc轉(zhuǎn)換器，電平轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)場可編程門陣列用于產(chǎn)生脈沖信號及控制指令?？删幊屉娢黄饔糜诟鶕?jù)控制指令調(diào)整電阻值。dc-dc轉(zhuǎn)換器用于對電源模塊輸入的電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并根據(jù)所述可編程電位器的電阻值調(diào)整電壓輸出。電平轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)dc-dc轉(zhuǎn)換器輸出的可調(diào)電壓對脈沖信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)場可編程門陣列作為信號發(fā)生器的核心部件，可產(chǎn)生占空比、周期可調(diào)的脈沖信號，同時(shí)產(chǎn)生控制指令控制可編程電位器?？删幊屉娢黄髯鳛閐c-dc轉(zhuǎn)換器的負(fù)載，接收現(xiàn)場可編程門陣列的控制指令調(diào)整電阻值，使dc-dc轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的電平輸出。電平轉(zhuǎn)換器供電端接收dc-dc轉(zhuǎn) 換器輸出的可調(diào)電壓，對現(xiàn)場可編程門陣列產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換器輸出經(jīng)過轉(zhuǎn)換的脈沖信號，脈沖信號的幅度由dc-dc轉(zhuǎn)換器輸出的可調(diào)節(jié)電壓控制。由此，電平轉(zhuǎn)換器的輸出端作為信號發(fā)生器的輸出端，可輸出占空比、周期、幅度可調(diào)的脈沖信號。圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施方式的電平轉(zhuǎn)換電路組成示意圖。如圖2所示，dc-dc轉(zhuǎn)換器由電源模塊供電，可編程電位器作為負(fù)載與dc-dc轉(zhuǎn)換器電性連接。在現(xiàn)場可編程門陣列的控制下，可編程電位器的兩部分可編程電位器1和可編程電位器2改變電阻值，通過改變可編程電位器2的電阻值使dc-dc轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生可調(diào)的電平輸出。dc-dc轉(zhuǎn)換器與可編程電位器形成了一個(gè)可編程控制的高精度輸出電壓源，其輸出電壓由反饋電阻可編程電位器2的阻值決定?？删幊屉娢黄骺梢圆捎胣位可編程電位器，所以輸出電平的分辨率為2.4/2^n，但本公開不以此為限。圖3根據(jù)本公開另一示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器的組成示意圖。如圖3所示，驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器包括：上位機(jī)，主控cpu，以太網(wǎng)控制器，電源模塊，現(xiàn)場可編程門陣列，配置模塊，可編程電位器，dc-dc轉(zhuǎn)換器，電平轉(zhuǎn)換器。上位機(jī)，可采用例如pc機(jī)，提供人機(jī)交互界面，可進(jìn)行程序的編制和修改，本實(shí)施例采用pc機(jī)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以想到采用其它裝置同樣能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，例如平板電腦等，本公開不以此為限。以太網(wǎng)控制器用于連接上位機(jī)與主控cpu，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與主控cpu的數(shù)據(jù)傳輸，還可以采用其它數(shù)據(jù)傳輸方式，例如可通過usb接口連接，wifi連接，藍(lán)牙傳輸?shù)?，本公開不以此為限。以太網(wǎng)控制器，例如，可采用ti公司的dp83848型號以太網(wǎng)物理層驅(qū)動(dòng)芯片，支持100m/10m自適應(yīng)，通過mii/rmii接口和主控cpu進(jìn)行連接。主控cpu通過以太網(wǎng)控制器接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，例如，可采用st公司的stm32f107芯片，該芯片以cortex-m3為核心，最大工作頻率為72mhz，具有非常豐富的外設(shè)接口，可以通過mii/rmii物理層接口連接百兆以太網(wǎng)物理層芯片。主控cpu對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將電平幅度、占空比、周期轉(zhuǎn)換成對應(yīng)參數(shù)，可編程電位器兩部分電阻阻值r1和r2，高電 平時(shí)間t1，低電平時(shí)間t2。其中r1為2bytes數(shù)據(jù)，r2為2bytes數(shù)據(jù)，t1為4bytes數(shù)據(jù)，t2為4bytes數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)一共為12bytes。每次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，主控cpu會(huì)同步的拉低io管腳，作為寫數(shù)據(jù)幀標(biāo)識，當(dāng)io管腳為低的時(shí)候，表示一個(gè)數(shù)據(jù)幀開始，io管腳為高的時(shí)候，表示該數(shù)據(jù)幀結(jié)束。現(xiàn)場可編程門陣列作為信號發(fā)生器的核心部件，可產(chǎn)生占空比、周期可調(diào)的脈沖信號，同時(shí)產(chǎn)生控制指令控制可編程電位器。主控cpu通過uart異步串口接口與現(xiàn)場可編程門陣列交互，現(xiàn)場可編程門陣列在收到主控cpu數(shù)據(jù)幀之后，對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，分別把主控cpu傳輸?shù)膔1、r2、t1、t2等值送入相應(yīng)的寄存器。同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)部分邏輯，將r1、r2通過spi接口寫入可編程電位器，將t1、t2寫入現(xiàn)場可編程門陣列內(nèi)部寄存器。dc-dc轉(zhuǎn)換器用于對電源模塊的電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？删幊屉娢黄髯鳛樨?fù)載與dc-dc轉(zhuǎn)換器電性連接，在現(xiàn)場可編程門陣列的控制下，更改r1和r2的數(shù)值。可編程電位器一般由數(shù)字控制電路、存儲(chǔ)器和rdac電路組成。rdac電路是數(shù)字電位的重要組成部分，它是一種特殊的數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路，與一般的數(shù)/模電路不同的是轉(zhuǎn)換后的模擬量不是電壓值而是電阻值，不同型號的可編程電位器其數(shù)字控制電路的結(jié)構(gòu)形式不同，但主要功能都是將輸入的控制信號進(jìn)行處理后控制rdac，非易失性存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)控制信號和電位器的抽頭位置。dc-dc轉(zhuǎn)換器與可編程電位器形成了一個(gè)可編程控制的高精度輸出電壓源，其輸出電壓由作為反饋電阻r2的阻值決定。輸出端電壓的計(jì)算公式為：1.2*r1/(r1+r2)，該輸出端的輸出能力為200ma，可以驅(qū)動(dòng)電平轉(zhuǎn)換器?？删幊屉娢黄鳛?0位可編程，所以輸出電平的分辨率為3.6/2^10，電阻誤差為1‰，電阻值范圍為0～20k，可以控制輸出電壓的范圍為1.2v～3.6v。電平轉(zhuǎn)換器用于對現(xiàn)場可編程門陣列輸出的脈沖信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，其由dc-dc轉(zhuǎn)換器與可編程電位器組成的可編程高精度電壓源供電，電平轉(zhuǎn)換器依據(jù)dc-dc轉(zhuǎn)換器輸出的可調(diào)電壓對脈沖信號的電平進(jìn)行調(diào)節(jié)。電平轉(zhuǎn)換器作為輸出端的轉(zhuǎn)換器，可以在不引起信號畸變的情況下對信號電平進(jìn)行變化。該電平轉(zhuǎn)換器支持的最大數(shù)字頻率為500m以上。配置模塊用于管理配置數(shù)據(jù)。本公開的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器，基于現(xiàn)場可編程門陣列，實(shí)現(xiàn)占空比、周期可調(diào)的脈沖輸出，通過電平轉(zhuǎn)換器、dc-dc轉(zhuǎn)換器與可編程電位器組成的高精度輸出電壓源實(shí)現(xiàn)輸出幅度變換，最終實(shí)現(xiàn)了參數(shù)精確可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器。通過主控cpu與上位機(jī)的交互，可方便地對信號發(fā)生器的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。應(yīng)清楚地理解，本發(fā)明描述了如何形成和使用特定示例，但本發(fā)明的原理不限于這些示例的任何細(xì)節(jié)。相反，基于本發(fā)明公開的內(nèi)容的教導(dǎo)，這些原理能夠應(yīng)用于許多其它實(shí)施方式。圖4根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的主控cpu嵌入式程序框架圖。如圖4所示，主控cpu中的嵌入式程序主要實(shí)現(xiàn)了tcp/ip協(xié)議棧，通過tcp/ip協(xié)議接收上位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并在應(yīng)用層對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā)等。嵌入式程序代碼結(jié)構(gòu)在基于rt-thread操作系統(tǒng)框架下實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)芯片驅(qū)動(dòng)的移植和應(yīng)用層程序，并通過uart驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層數(shù)據(jù)的傳輸。圖5根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的主控cpu嵌入式程序的流程圖。如圖5所示，主控cpu通過以太網(wǎng)控制器接收到數(shù)據(jù)之后，首先對數(shù)據(jù)包的完整性進(jìn)行檢測。然后對占空比、電平等數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場可編程門陣列中相應(yīng)寄存器的值。相應(yīng)寄存器的值包括：高電平時(shí)間，低電平時(shí)間，可編程電位器阻值。cpu通過uart異步串口接口寫入現(xiàn)場可編程門陣列相應(yīng)寄存器的值實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場可編程門陣列的控制。現(xiàn)場可編程門陣列邏輯主要包括數(shù)據(jù)包接收，數(shù)據(jù)包分發(fā)等。現(xiàn)場可編程門陣列通過uart異步串口接收主控cpu傳輸?shù)臄?shù)據(jù)值，并對其完整性進(jìn)行校驗(yàn)，而后寫入相應(yīng)寄存器。其中高電平時(shí)間和低電平時(shí)間寄存器在現(xiàn)場可編程門陣列內(nèi)部經(jīng)過處理，對現(xiàn)場可編程門陣列內(nèi)部鎖相環(huán)輸出時(shí)鐘相位進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)不同相位產(chǎn)生的脈沖信號通過與邏輯之后形成輸出波形。其中，可編程電位器阻值寄存器值通過spi接口送入可編程電位器中，用來控制高精度輸出電壓源的反饋端電壓，進(jìn)而控制高精度輸出電壓源的輸出端電平。延時(shí)寄存器中的值放入計(jì)數(shù)器中，用來控制輸入輸出信號之間的延時(shí)。由此，在現(xiàn)場可編程門陣列中就完成了對脈沖信號的周期，占空比，輸出電平的配置。圖6根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的信號發(fā)生器與rigoodg5352信號源輸 出波形對比圖。如圖6所示，rigoodg5352為rigoo公司生產(chǎn)的信號源，最大輸出模擬帶寬為350mhz，輸出采樣率為1gsps。測試用示波器型號為rigoods6104示波器，該示波器的帶寬為1g，采樣率為5gsps，配合使用1.5g模擬帶寬探頭。從測試結(jié)果對比表(見表1)中可以看出輸出波形特性的對比。表1.測試結(jié)果對比表dg5352輸出本公開信號發(fā)生器輸出上升沿3.800ns2.500ns下降沿3.000ns1.400ns頻率1hz～350mhz可調(diào)0.01hz～300mhz可調(diào)占空比可調(diào)可調(diào)信號電平0～10v可調(diào)1.2～3.6v可調(diào)圖7根據(jù)本公開示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)led的可調(diào)諧脈沖信號發(fā)生器用于單光電子譜測試結(jié)果圖。如圖7所示，在一款光電倍增管單光電子譜測試試驗(yàn)中，采用rigoodg5352信號源測試數(shù)據(jù)與本公開信號發(fā)生器測試數(shù)據(jù)的對比(見表2)，可以看出本公開的信號發(fā)生器，可以完全滿足單光電子譜的測試要求。表2光電倍增管單光電子譜測試結(jié)果對比給光設(shè)備高壓頻率占空比幅值dg5352信號源1560v1khz0.001％1872mv本公開信號發(fā)生器1560v1khz0.001％2664mv以上具體地示出和描述了本公開的示例性實(shí)施方式。應(yīng)可理解的是，本發(fā)明不限于這里描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、設(shè)置方式或?qū)崿F(xiàn)方法；相反，本發(fā)明意圖涵蓋包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效設(shè)置。當(dāng)前第1頁12