基于VDSL2高速網(wǎng)絡(luò)集成芯片的多信號(hào)發(fā)生器

黃航

摘 要： 介紹利用VDSL2網(wǎng)絡(luò)集成芯片設(shè)計(jì)的多信號(hào)發(fā)生器，該網(wǎng)絡(luò)芯片集成有ARM處理器，兩級(jí)低噪聲放大器，三級(jí)低通濾波器，數(shù)字信號(hào)處理器以及14位DAC。該系統(tǒng)充分利用該芯片高集成的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了具有嵌入式的微型化多信號(hào)發(fā)生器。該發(fā)生器利用Matlab用戶界面實(shí)現(xiàn)了輸出頻率從0.01 Hz～20 MHz的各種常規(guī)波形和用戶自定義的任意波形。該系統(tǒng)成本低，效果佳，體積小，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的各種電子應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)中。

關(guān)鍵詞： VDSL； 集成系統(tǒng)芯片； 嵌入式系統(tǒng)； 多信號(hào)發(fā)生器

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）10?0096?02

在電子電路設(shè)計(jì)和電子電路實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器是必不可少的電子實(shí)驗(yàn)設(shè)備。近年來，隨著數(shù)字化儀器，智能儀器的發(fā)展，使得儀器的功能得到加強(qiáng)[1]。但是，這類儀器和設(shè)備還沒有完全擺脫掉手動(dòng)操作的模式，而且這些大都昂貴且體積較大并且笨重[2?3]。特別是信號(hào)發(fā)生器，大部分只能產(chǎn)生正弦波，矩形波等常規(guī)波形，輸出頻率大多是幾kHz或十幾kHZ[4?5]，這大大限制了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的類型和質(zhì)量。本文充分利用VDSL2（Very?high?bit?rate Digital Subscriber Line）網(wǎng)絡(luò)集成芯片硬件的高集成特色，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)在的Linux操作系統(tǒng)，開發(fā)了輸出頻率從0.01 Hz～20 MHz的各種常規(guī)波形，如正弦波、矩形波、三角波和鋸齒波等，并可以產(chǎn)生由用戶自定義的任意波形。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成本低，且體積小。操作由用戶通過計(jì)算機(jī)界面來控制信號(hào)的輸出振幅和頻率。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由VDSL2芯片RTL8685以及低噪聲差分驅(qū)動(dòng)器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。VDSL2 RTL8685是高集成的網(wǎng)絡(luò)芯片，在發(fā)送通道，它集成有ARM CPU，數(shù)字信號(hào)處理器， 14位DAC[6]，低噪聲放大器以及截止頻率可調(diào)的低通濾波器。RTL8685的內(nèi)部框圖如圖2所示。

圖1 信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)內(nèi)有集成的各種數(shù)字濾波器組成的數(shù)字信號(hào)處理器。利用Linux OS操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件采用Visual C++，并在Matlab環(huán)境下的GUI用戶界面中，可以選擇產(chǎn)生各種常規(guī)波形，如：正弦波，方波，鋸齒波，方波等，也能產(chǎn)生用戶自定義的各種任意波形。

2 整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要部分的電原理圖見圖3。SoC中14位D/A輸出到AD8130差分?單端驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生系統(tǒng)的模擬信號(hào)。SoC中DSTU是系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)中所有子模塊的運(yùn)作都是由DSTU控制，DSTU由系統(tǒng)DSP控制軟件操作其運(yùn)作。系統(tǒng)采用Matlab語言編寫用戶界面見圖4。

圖2 VDSL2發(fā)送通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 模擬信號(hào)輸出部分電原理圖

圖4 Matlab用戶控制界面圖

用戶可以直接在界面上選擇所要輸出的波形，輸出頻率以及輸出的振幅等。圖5是對(duì)研制的多信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖。測(cè)試圖由數(shù)字示波器，微型多信號(hào)發(fā)生器以及筆記本電腦組成。筆記本電腦安裝的控制軟件產(chǎn)生用戶需要的信號(hào)，并顯示在數(shù)字示波器上，以驗(yàn)證所要產(chǎn)生的信號(hào)。從以上展示和描述的系統(tǒng)可以看出整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，開發(fā)成本低，用戶界面易于操作，穩(wěn)定性能佳等特點(diǎn)。

圖5 系統(tǒng)測(cè)試圖

2.1 常規(guī)波形的產(chǎn)生

通過圖4的用戶操作界面，選擇所要輸出的頻率為100 kHz以及所要的波形為“Sine”正弦波，其輸出振幅比例檔設(shè)定為1/4。系統(tǒng)產(chǎn)生的正弦波見圖6。從圖6可看出，正弦波的頻率完全與所要求輸出頻率符合。它的輸出增幅約為950 mV。從圖7～圖9中，可看出此系統(tǒng)所產(chǎn)生的不同頻率、不同增幅的方波、鋸齒波和三角波。

[ 圖6 系統(tǒng)輸出的正弦波 圖7 系統(tǒng)輸出的方波]

[圖8 系統(tǒng)輸出的三角波 圖9 系統(tǒng)輸出的鋸齒波]

2.2 任意波形的產(chǎn)生

用戶可以通過操作界面裝入（Load）所要產(chǎn)生波形的數(shù)據(jù)文件就可以獲得所要的波形。一般而言，只要有數(shù)學(xué)模型的任意波形都可以由此系統(tǒng)產(chǎn)生。本文產(chǎn)生有兩種頻率合成的波形。如圖10所示，系統(tǒng)輸出的波形為頻率分別是1 200 Hz和3 600 Hz合成的波形。

圖10 系統(tǒng)輸出的用戶自定義的任意波形

3 結(jié) 語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用VDSL2高集成電路的特點(diǎn)成功地產(chǎn)生了各種常規(guī)波形和用戶可以自定義的任意波形。因?yàn)檩敵霾ㄐ问怯绍浖刂飘a(chǎn)生，所以，輸出波形的頻率和振幅可以在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)由用戶任意選擇。又因?yàn)榇讼到y(tǒng)采用了高集成的SoC芯片，系統(tǒng)的PCB板面積小，成本很低，且系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定。

該系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于學(xué)生的電子實(shí)驗(yàn)中。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，學(xué)生很方便地利用此系統(tǒng)做各種電子應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)效率提高，實(shí)驗(yàn)成本大大降低。

參考文獻(xiàn)

[1] 李志強(qiáng).汽車電子嵌入式API與發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)模擬及數(shù)據(jù)標(biāo)定系統(tǒng)的研制[D].長春：吉林大學(xué)，2006.

[2] 趙文鋒，王海林.基于FPGA的發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)模擬發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（4）：36?39.

[3] 徐云.基于DDFS技術(shù)的雙通道任意波形信號(hào)發(fā)生器[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（5）：515?519.

[4] 楊吉祥，詹宏英，梅杓春.電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1999.

[5] 唐麗麗，何剛.基于89C51的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007（2）：76?78.

[6] Anon. RTL8685 datasheet [R]. [S.l.]： [s.n.]， 2012.