本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)發(fā)生技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)一種復(fù)合式信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)功能單一，僅可實(shí)現(xiàn)一種信號(hào)的產(chǎn)生。以現(xiàn)有技術(shù)公開的信號(hào)發(fā)生器為例，例如公開號(hào)為CN106059536的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種方波信號(hào)發(fā)生器，其僅可以產(chǎn)生方波信號(hào)。若應(yīng)用中需要用到多種信號(hào)，則需要配置多個(gè)信號(hào)發(fā)生器來使用。

另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中，信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)多存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗高的缺陷。

以地質(zhì)勘探、火星探測(cè)等特殊勘探領(lǐng)域?yàn)槔?，由于?yīng)用環(huán)境的特殊性及對(duì)信號(hào)需求的特殊性，一方面其應(yīng)用環(huán)境較惡劣，另一方面其又有多種格式的信號(hào)的需求，若反復(fù)更換信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，勢(shì)必會(huì)增加操作難度。因此，為適應(yīng)以上需求，需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便攜、產(chǎn)生信號(hào)穩(wěn)定、且產(chǎn)生信號(hào)多樣化的信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中，一種信號(hào)發(fā)生器只能產(chǎn)生一種形式信號(hào)，且信號(hào)發(fā)生器功耗高等問題，提供一種可產(chǎn)生正弦信號(hào)、M序列信號(hào)和逆M序列信號(hào)的，低功耗復(fù)合型信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)及信號(hào)產(chǎn)生方法。

為解決以上問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：復(fù)合式信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，包括數(shù)字處理器，還包括為數(shù)字處理器各功能模塊供電的電源模塊，數(shù)字處理器包括：DDS寄存器：用于配置數(shù)字處理器內(nèi)部的DDS參數(shù)；M序列寄存器：用于存儲(chǔ)M序列生成機(jī)制及參數(shù)；逆M序列寄存器：為1位寄存器，用于存儲(chǔ)對(duì)M序列寄存器生成的M序列信號(hào)的取反指令；

數(shù)字處理器還包括用于選控DDS寄存器、M序列寄存器和逆M序列寄存器的控制寄存器，用于根據(jù)DDS寄存器內(nèi)部參數(shù)產(chǎn)生正弦信號(hào)的正弦信號(hào)發(fā)生器，用于根據(jù)M序列寄存器存儲(chǔ)的M序列生成機(jī)制生成M序列信號(hào)和逆M序列寄存器數(shù)據(jù)生成逆M序列的M序列信號(hào)發(fā)生器；DDS信號(hào)發(fā)生器經(jīng)一路輸出，M序列信號(hào)發(fā)生器經(jīng)一路輸出。

優(yōu)選為：還包括用于控制使DDS信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)或使M序列信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的二選一選擇器；DDS信號(hào)發(fā)生器輸出經(jīng)濾波放大模塊、輸出放大模塊接二選一選擇器；M序列信號(hào)發(fā)生器輸出經(jīng)隔離放大單元、MOS管放大單元接二選一選擇器；濾波放大模塊和輸出放大模塊之間連接用于調(diào)節(jié)濾波放大模塊輸出電平的電平調(diào)節(jié)模塊。

復(fù)合式信號(hào)產(chǎn)生方法，包括以下步驟：

S1：若選擇輸出正弦信號(hào)則執(zhí)行步驟S2，若選擇輸出M序列信號(hào)或逆M序列信號(hào)則執(zhí)行步驟S3；

S2：根據(jù)正弦信號(hào)生成需求配置DDS寄存器內(nèi)部DDS參數(shù)，根據(jù)輸出電平需求配置電平調(diào)節(jié)模塊的輸出；接通信號(hào)通路I中各模塊電源，隨后執(zhí)行步驟S4；

S3：根據(jù)M序列信號(hào)的生成需求配置M序列寄存器內(nèi)部M序列生成機(jī)制，設(shè)置MOS管放大單元輸出電壓；接通信號(hào)通路II中各模塊電源，隨后執(zhí)行步驟S4；

S4：根據(jù)輸出波形指令經(jīng)二選一選擇器控制通信號(hào)通路I接通輸出或信號(hào)通路II接通輸出；

S5：若收到波形切換指令，則執(zhí)行步驟S2或步驟S4。

優(yōu)選為：M序列信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制為：設(shè)M序列為a_k，a_k初始為一不為0的序列；其中，f(x)為本原多項(xiàng)式，n＝k，c_i為1或0；則M序列按下式生成：

優(yōu)選為：信號(hào)通路I接通時(shí)，電源模塊停止為信號(hào)通路II供電；信號(hào)通路II接通時(shí)，停止為信號(hào)通路I供電。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供的信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，可生成正弦信號(hào)、M序列信號(hào)和逆M序列信號(hào)，是一種復(fù)合式信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)。由于簡(jiǎn)化了信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)的功能模塊配置，可實(shí)現(xiàn)較高的信號(hào)穩(wěn)定性和較高的故障率。

(2)根據(jù)信號(hào)產(chǎn)生需求控制電源模塊為相應(yīng)的信號(hào)產(chǎn)生通路供電，減少不必要的電能消耗，本發(fā)明同時(shí)是一種低功耗信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)。

(3)本發(fā)明為一種基于數(shù)字處理器的便攜式信號(hào)發(fā)生裝置，適用于地址勘探、火星探測(cè)等特殊應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為復(fù)合信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為復(fù)合信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)工作流程圖。

圖3為M序列產(chǎn)生機(jī)制原理圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚完整地描述。顯然，具體實(shí)施方式所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)施方式提供一種復(fù)合式信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，包括數(shù)字處理器，還包括為數(shù)字處理器及信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)各功能模塊供電的電源模塊。

本實(shí)施例中數(shù)字處理器基于FPGA實(shí)現(xiàn)，具體包括：DDS寄存器：用于配置數(shù)字處理器內(nèi)部的DDS參數(shù)；M序列寄存器：用于存儲(chǔ)M序列生成機(jī)制及參數(shù)；逆M序列寄存器：為1位寄存器，用于存儲(chǔ)對(duì)M序列寄存器生成的M序列信號(hào)的取反指令。

數(shù)字處理器還包括用于選控DDS寄存器、M序列寄存器和逆M序列寄存器的控制寄存器，用于根據(jù)DDS寄存器內(nèi)部參數(shù)產(chǎn)生正弦信號(hào)的正弦信號(hào)發(fā)生器，用于根據(jù)M序列寄存器存儲(chǔ)的M序列生成機(jī)制生成M序列信號(hào)和逆M序列寄存器數(shù)據(jù)生成逆M序列的M序列信號(hào)發(fā)生器；DDS信號(hào)發(fā)生器經(jīng)一路輸出，M序列信號(hào)發(fā)生器經(jīng)一路輸出。

還包括用于控制使DDS信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)或使M序列信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的二選一選擇器；所述DDS信號(hào)發(fā)生器輸出經(jīng)濾波放大模塊、輸出放大模塊接二選一選擇器，形成信號(hào)通路I；所述M序列信號(hào)發(fā)生器輸出經(jīng)隔離放大單元、MOS管放大單元接二選一選擇器，形成信號(hào)通路II；濾波放大模塊和輸出放大模塊之間連接用于調(diào)節(jié)濾波放大模塊輸出電平的電平調(diào)節(jié)模塊。

其中，可通過數(shù)字處理器設(shè)置MOS管放大單元的導(dǎo)通電壓，MOS管放大單元的作用是作為一個(gè)電壓接通的開關(guān)，當(dāng)控制端輸出M序列方波的時(shí)候，MOS管當(dāng)大單元的輸出端也會(huì)輸出相應(yīng)的方波，但是輸出的方波的電壓未MOS輸入端的電壓，輸出的電流一般可大于10A。

其中，二選一選擇器采用二選一繼電器，工作時(shí)，僅接通信號(hào)通路I或信號(hào)通路II；濾波放大模塊采用低功耗運(yùn)算放大器，對(duì)DDS信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦波進(jìn)行濾波去噪，并進(jìn)行一定程度的放大；電平調(diào)節(jié)模塊由參考電源和分壓電阻構(gòu)成，用于調(diào)整濾波放大模塊輸出正弦波信號(hào)的電平，使輸出的正弦信號(hào)達(dá)到設(shè)定的要求；隔離放大單元用于對(duì)M序列信號(hào)發(fā)生器輸出的M序列信號(hào)進(jìn)行隔離方法，以驅(qū)動(dòng)MOS管放大單元進(jìn)行信號(hào)輸出。

由于電源模塊為數(shù)字處理器中各個(gè)功能單元單獨(dú)供電，工作過程中，F(xiàn)PGA可根據(jù)需要選擇打開某個(gè)模塊的電源或者關(guān)閉某個(gè)模塊的電源，以達(dá)到降低功耗的目的。

本實(shí)施方式進(jìn)一步提供一種復(fù)合信號(hào)產(chǎn)生方法，如圖2所示，具體步驟包括以下：

S1：若選擇輸出正弦信號(hào)則執(zhí)行步驟S2，若選擇輸出M序列信號(hào)或逆M序列信號(hào)則執(zhí)行步驟S3；由于信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)可產(chǎn)生正弦信號(hào)、M序列信號(hào)和逆M序列信號(hào)三種信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)工作前，先需要下達(dá)相應(yīng)的信號(hào)產(chǎn)生指令到FPGA內(nèi)部的控制寄存器，若選擇產(chǎn)生正弦信號(hào)則轉(zhuǎn)為執(zhí)行步驟S2，M序列信號(hào)和逆M序列信號(hào)轉(zhuǎn)為執(zhí)行步驟S3。

S2：根據(jù)正弦信號(hào)生成需求配置DDS寄存器內(nèi)部DDS參數(shù)，根據(jù)輸出電平需求配置電平調(diào)節(jié)模塊的輸出；接通信號(hào)通路I中各模塊電源，隨后執(zhí)行步驟S4；具體的說，當(dāng)選擇生成正弦信號(hào)后，向DDS寄存器內(nèi)部配置DDS參數(shù)，DDS參數(shù)的配置依據(jù)需求正弦信號(hào)的特性。同時(shí)，由于電源模塊是分別為數(shù)字處理器、信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)各功能模塊供電的，此時(shí)，出于節(jié)能考慮，將僅接通信號(hào)通路I的各功能模塊的電源，切斷信號(hào)通路II各功能模塊的電源。通信號(hào)通路I接通后，經(jīng)DDS信號(hào)發(fā)生器生成并發(fā)出正弦信號(hào)，隨后經(jīng)濾波放大和輸出放大后，信號(hào)傳輸至二選一選擇器處，同時(shí)，這一過程中，結(jié)合輸出正弦信號(hào)對(duì)電平的要求，通過電平調(diào)節(jié)模塊調(diào)整輸出信號(hào)的電平。

S3：根據(jù)M序列信號(hào)的生成需求配置M序列寄存器內(nèi)部M序列生成機(jī)制，設(shè)置MOS管放大單元的輸出電壓；接通信號(hào)通路II中各模塊電源，隨后執(zhí)行步驟S4；當(dāng)選擇輸出M序列信號(hào)時(shí)，M序列信號(hào)寄存器配置M序列信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)制，具體如下：

M序列信號(hào)產(chǎn)生機(jī)制為：設(shè)M序列為a_k(k為M序列信號(hào)的級(jí)數(shù)，指定輸出M序列信號(hào)時(shí)，將指定k)，初始設(shè)定一a_k為一不為0的序列；其中，f(x)為本原多項(xiàng)式，n＝k，c_i為1或0，當(dāng)k指定后，本原多項(xiàng)式中的c_i即已確定；則M序列按下式生成：M序列信號(hào)輸出至二選一數(shù)據(jù)選擇器。

當(dāng)選擇輸出逆M序列信號(hào)時(shí)，需要同時(shí)出發(fā)M序列寄存器和逆M序列寄存器，其中M序列寄存器先按以上機(jī)制產(chǎn)生M序列信號(hào)，隨后按逆M序列信號(hào)中的的取反指令進(jìn)行M序列信號(hào)取反，作為逆M序列信號(hào)輸出至二選一選擇器。

在M序列信號(hào)和逆M序列信號(hào)的輸出過程中，均經(jīng)過隔離放大單元、MOS管放大單元，進(jìn)行信號(hào)放大處理后，輸出。

此時(shí)，出于節(jié)能考慮，將僅接通信號(hào)通路II的各功能模塊的電源，切斷信號(hào)通路I各功能模塊的電源。

S4：根據(jù)輸出波形指令經(jīng)二選一選擇器控制通信號(hào)通路I接通輸出或信號(hào)通路II接通輸出；

S5：若收到波形切換指令，則執(zhí)行步驟S2或步驟S4。