[发明专利]一种多通道隔离函数信号发生器及信号发生方法

权利要求书

1.一种多通道隔离函数信号发生器，其特征在于它包括单片可编程逻辑器件和模拟单元，可编程逻辑器件内嵌有接口电路、时钟发生电路以及控制逻辑单元；接口电路分别连接微处理器和控制逻辑单元，时钟发生电路分别连接外部晶振和控制逻辑单元，控制逻辑单元连接模拟单元；控制逻辑单元包括参数设置电路、数控振荡器、相位加法器和幅度字数据比较器、脉冲字数据比较器，参数设置电路分别连接数控振荡器、相位加法器、幅度字数据比较器和脉冲字数据比较器，接口电路、时钟发生电路分别连接数控振荡器，数控振荡器连接相位加法器，相位加法器连接幅度字数据比较器，幅度字数据比较器和相位加法器分别连接二选一数字开关，时钟发生电路连接脉冲字数据比较器，二选一数字开关和脉冲字数据比较器分别连接模拟单元。

2.根据权利要求1所述的一种多通道隔离函数信号发生器，其特征在于所述的接口电路包括微处理器接口单元和锁存器，微处理器连接微处理器接口单元，微处理器接口单元连接锁存器，锁存器连接控制逻辑单元。

3.根据权利要求2所述的一种多通道隔离函数信号发生器，其特征在于所述的时钟发生电路包括数字锁相环倍频单元、偶数分频单元和计数器分频单元，外部晶振连接数字锁相环倍频单元，数字锁相环倍频单元分别连接偶数分频单元和计数器分频单元，偶数分频单元和计数器分频单元分别连接控制逻辑单元；如可编程逻辑器件采用CPLD，则无数字锁相环倍频单元，外部晶振直接连接偶数分频单元和二进制计数器分频单元。

4.根据权利要求3所述的一种多通道隔离函数信号发生器，其特征在于所述的模拟单元包括依次连接的隔离单元，第一级二选一模拟开关，有源低通滤波单元，第二级二选一模拟开关，第一级跟随、无源低通滤波、同相放大单元，第三级二选一模拟开关，第二级跟随、无源低通滤波、同相放大单元，第四级二选一模拟开关和同相放大单元，控制逻辑单元连接隔离单元， 同相放大单元输出与其反相之差即为最终输出。

5.根据权利要求1所述的一种多通道隔离函数信号发生方法，其波形发生电路由单片可编程逻辑器件和多路模拟单元构成，可编程逻辑器件内置了接口电路、时钟发生电路、多个控制逻辑单元；模拟单元受4个控制逻辑产生函数信号，模拟单元由隔离DC-DC电源、高速磁耦或光耦芯片、模拟多路开关、运算放大器组成，其特征在于它包括以下步骤：

（1）接口电路将来自微处理器的串行总线转换为内部并行总线BUS，以设置各通道信号幅度、频率、相位、脉宽参数；接口电路还通过锁存器设置各通道复位控制位S_YNC，引入来自微处理器的全局复位SRST信号；

（2）时钟发生电路产生以下三种时钟信号：系统时钟信号Fsys、由Fsys经偶数分频后得到的基频方波信号F_BAS、由Fsys经二进制计数器分频后出来的时钟数组Fout[15..0]；如使用FPGA的数字锁相环来提高Fsys频率，就可以相应提高输出信号的频段；

（3）每个控制单元输出PWM、FSQU、FSET、MODE逻辑信号；数组Fout[15..0]与幅度字相比较，数据比较器小于等于输出即为表征幅度的PWM信号；基频信号FBAS与模式控制位0进行或操作，输出即为FSQU信号；用带相位预置功能的数控制振荡器输出为数组PH[9..0]，数控振荡器的输入频率字和相位字，工作时钟为Fsys，复位信号为SRST，数组PH[9..0]与10Bit脉宽字相比较，数据比较器小于等于输出即为表征脉冲波逻辑的信号，数组PH[9]表征正弦波逻辑的信号，模式控制位1选择脉冲波逻辑信号或正弦波逻辑信号与模式控制位2进行或操作，其输出即为逻辑FSET信号；模式控制位0也直接输出作为逻辑MODE信号；

（4）每个模拟单元仅受PWM、FSQU、FSET、MODE控制；基准及其反相分别接第一级二选一模拟开关的两个输入，该模拟开关受逻辑PWM信号控制，模拟开关公共端信号经有源低通滤波后得到一个与PWM脉宽相关的直流电压VDC；VDC及其反相分别接第二级二选一模拟开关的两个输入，模拟开关受逻辑FSQU信号控制，模拟开关公共端信号经跟随、无源低通滤波、同相放大后得到信号V0；V0及其反相分别接第三级二选一模拟开关的两个输入，模拟开关受逻辑FSET信号控制，模拟开关公共端信号经跟随、无源低通滤波、同相放大后得到信号V1；V1及其反相接第四级二选一模拟开关的两个输入，模拟开关受逻辑MODE信号控制，模拟开关公共端信号同相放大后得到信号V2，V2及其反相之差作为输出信号OUT；

（5）每路函数信号有三种工作模式：直流、脉冲、正弦；当模拟单元的FSQU、FSET、MODE均为1时，OUT为直流信号，信号幅度由PWM确定，即由控制单元的幅度字设置；当模拟单元的FSQU、MODE均为1时，OUT为脉冲信号，信号的频率、初始相位、脉宽由FSET确定；当模拟单元的FSQU、MODE均为1时，OUT为正弦信号，信号的频率为FSET与FSQU之差，初始相位由FSET确定；

（6）各函数信号均源于系统时钟信号Fsys，由SRST可对所有通道复位，通道复位控制字可实现若干路信号复位，可以实现全部通道或部分通道函数信号同步；当通道间为同频正弦波信号时，该种信号发生器即为一种多相隔离正弦波发生器；当若干路通道串联使用时，可以形成包括合成谐波在内复杂波形，可以形成大电压变化范围的波形信号，可以形成高偏置电压的波形信号。