10MHz帶寬噪聲信號產生裝置及噪聲信號產生方法
2023-05-31 17:04:41 4
專利名稱：10MHz帶寬噪聲信號產生裝置及噪聲信號產生方法
技術領域：
本發明涉及寬帶噪聲及噪聲信號控制領域，尤其涉及到IOMH ζ的噪聲信號產生裝置及產生方法。
背景技術：
噪聲信號是一種應用極為廣泛的信號，二十世紀，研究人員對噪聲信號開展了廣泛的研究，並提出了很多噪聲模型，尤其高斯白噪聲模型是討論的熱點。白噪聲是一種理想的隨機信號，它在一定帶寬範圍內，均值為零，功率分布均勻。 服從正態分布或高斯分布的白噪聲，又稱為高斯白噪聲。目前，產生高斯白噪聲信號的方法很多，一般採用某種方式產生隨機序列，再通過一些變換得到。隨機序列可分為兩類一是真隨機序列，利用二極體、電阻等模擬器件產生，但其隨機特性會發生漂移，不易控制，且受時間、溫度和其它環境條件的影響較大。二是偽隨機序列，採用數字邏輯電路產生，因其具有完全按照確定規律產生，在同樣條件下可重複獲得，且易於實現等優點而被廣泛運用。偽隨機序列有m序列、Gold序列、Walsh序列和R-S序列等，在利用m序列實現高斯白噪聲信號時，為了增大高斯白噪聲信號周期，需要增加m序列偽隨機碼流長度，即增大m序列級數， 從而增加硬體開銷，造成結構複雜。
發明內容
本發明要解決的技術問題
提供一種IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置及噪聲信號產生方法，以解決現有利用m序列實現高斯白噪聲信號時，為了增大高斯白噪聲信號周期，需要增加m序列偽隨機碼流長度， 即增大m序列級數，從而增加硬體開銷，造成結構複雜等問題。本發明的技術方案
一種IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置，它包含現場可編程門陣列和數模轉換器A，現場可編程門陣列與數模轉換器A通過導線連接，數模轉換器A與低通濾波器通過導線連接，低通濾波器與放大器Y通過導線連接。現場可編程門陣列與數模轉換器B通過導線連接，數模轉換器B與數模轉換器A 通過導線連接。數模轉換器A輸出端與放大器Z輸入端通過導線連接，放大器Z輸出端與數模轉換器A輸入端通過導線連接。IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置的噪聲信號產生方法，它包含下述步驟
步驟1、現場可編程門陣列通過調節數模轉換器B的模擬輸出來控制數模轉換器A的參考電平，從而實現高斯白噪聲信號幅度可調。步驟2、通過調整放大器Z使得數模轉換器A的輸出中心電壓為0V，以實現高斯白噪聲信號的幅度均值為零。步驟3、現場可編程門陣列通過自帶的鎖相環PLL對時鐘參考進行四倍頻，將50MHz輸入時鐘信號轉變為200MHz工作參考信號。步驟4、現場可編程門陣列以200MSPS速率產生級數為20級的m序列偽隨機碼流。步驟5、採用「有限截取源序列」方法，每個時鐘周期從所述的20個m序列偽隨機碼按照一定規律截取14個進行數模轉換。步驟6、進行反饋移位操作，在下一 m序列偽隨機狀態採用相同的方式進行取碼轉換。本發明的有益效果
與現有技術相比，採用本發明現場可編程門陣列產生m序列偽隨機碼流，經過數模轉換器A轉換為模擬信號，然後通過低通濾波器濾除高頻分量，最後通過放大器Y放大後輸出高斯白噪聲信號；同時，現場可編程門陣列通過所述的調節數模轉換器B的模擬輸出來控制數模轉換器A的參考電平，從而實現高斯白噪聲信號幅度可調；放大器Z6使得數模轉換器A2的輸出中心電壓為0V，以確保高斯白噪聲信號的幅度均值為零。利用「有限截取源序列」方法，增加了偽隨機序列的長度，具有結構簡單和實現方便的優點。滿足不同場合的需求，擴大了其應用領域，解決了現有利用m序列實現高斯白噪聲信號時，為了增大高斯白噪聲信號周期，需要增加m序列偽隨機碼流長度，即增大m序列級數，從而增加硬體開銷，造成結構複雜等問題。
圖1為本發明原理框圖2為通過示波器查看到的本發明產生的高斯白噪聲信號的時域特性圖； 圖3為通過信號分析儀查看到的本發明產生高斯白噪聲信號在頻域上的平坦度特性圖。
具體實施例方式一種IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置，它包含(見圖1):現場可編程門陣列1和數模轉換器A2，現場可編程門陣列1與數模轉換器A2通過導線連接，數模轉換器A2與低通濾波器3通過導線連接，低通濾波器3與放大器W通過導線連接。現場可編程門陣列1與數模轉換器B5通過導線連接，數模轉換器B5與數模轉換器A2通過導線連接，調節數模轉換器B5的模擬輸出來控制數模轉換器A2的參考電平，從而實現高斯白噪聲信號幅度可調。數模轉換器A2輸出端與放大器Z6輸入端通過導線連接，放大器Z6輸出端與數模轉換器A2輸入端通過導線連接。放大器Z6使得數模轉換器A2的輸出中心電壓為0V，以確保高斯白噪聲信號的幅度均值為零。IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置的噪聲信號產生方法，它包含下述步驟
步驟1、現場可編程門陣列1通過調節數模轉換器B5的模擬輸出來控制數模轉換器A2 的參考電平，從而實現高斯白噪聲信號幅度可調；
步驟2、通過調整放大器Z6使得數模轉換器A2的輸出中心電壓為0V，以實現高斯白噪聲信號的幅度均值為零；
步驟3、現場可編程門陣列1通過自帶的鎖相環對時鐘參考進行四倍頻，將50MHz輸入時鐘信號轉變為200MHz工作參考信號；
步驟4、現場可編程門陣列1以200MSPS速率產生級數為20級的m序列偽隨機碼流； 步驟5、採用「有限截取源序列」方法，每個時鐘周期從所述的20個m序列偽隨機碼按照一定規律截取14個進行數模轉換；
步驟6、進行反饋移位操作，在下一 m序列偽隨機狀態採用相同的方式進行取碼轉換。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1，現場可編程門陣列1產生m序列偽隨機碼流，經過數模轉換器A2轉換為模擬信號，然後通過低通濾波器3濾除高頻分量，最後通過放大器W放大後輸出高斯白噪聲信號；同時，現場可編程門陣列1通過所述的調節數模轉換器B5的模擬輸出來控制數模轉換器A2的參考電平，從而實現高斯白噪聲信號幅度可調；放大器Z6使得數模轉換器A2的輸出中心電壓為0V，以確保高斯白噪聲信號的幅度均值為零。現場可編程門陣列1通過自帶的PLL對時鐘參考進行四倍頻，將50MHz輸入時鐘信號轉變為200MHz工作參考信號。現場可編程門陣列1以200MSPS速率產生級數為20級的m序列偽隨機碼流，採用「有限截取源序列」方法，每次從所述的20個m序列偽隨機碼按照一定規律截取14個進行數模轉換。具體做法是，在某一 m序列偽隨機狀態，當第1次時先取m序列偽隨機碼流第1位到第14位進行數模轉換，當第2次時取第2位到第15位進行數模轉換，……，依此約定，直到第7次時，取第7位到第20位進行數模轉換，此時，全部 20位m序列偽隨機碼流均已取遍，然後，進行反饋移位操作，在下一 m序列偽隨機狀態採用相同的方式進行取碼轉換。本發明中，m序列的級數n=20，序列長度m=2n_l=1048575，查表，選反饋係數為 4001 151 (八進位)。當IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置取遍所有可能的m序列初值，共有 221-1=2097151組初值。對於每組確定的初值，m序列長度為1048575，由於在一組確定初值的每個狀態下，
a.採用常規方法，每個時鐘周期從20位m序列碼取20位進行數模轉換，且在第一個時鐘周期內只賦初值，故完成一組初值的反饋移位輸出操作需要1048575+1=1048576 個時鐘周期。此時，高斯白噪聲信號的周期為(1048576X2097151) X [1/ (200MHz) 1=10995. ls=3. lh，即IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置在連續工作約3. Ih內不會產
生重複的信號，沒有周期。b.採用「有限截取源序列」方法，每個時鐘周期從20位m序列碼取14位進行數模轉換，且在第一個時鐘周期內只賦初值，故完成一組初值的反饋移位輸出操作需要1048575X7+1=7340026個時鐘周期。此時，高斯白噪聲信號的周期為 (7340026X2097151) X [1/ (200MHz) 1=76965. 7s=21. 4h,即 IOMHz 帶寬噪聲信號產生裝置在連續工作約21. 4h內不會產生重複的信號，沒有周期。對比上述兩種方法，b採用「有限截取源序列」方法，無需額外增加硬體開銷，即可增加m序列長度，增大高斯白噪聲信號周期，結構簡單，實現方便，滿足一般的使用要求。數模轉換器B5選用ADI公司的AD7302。AD7302是8位的數模轉換器，用於控制數模轉換器A2的參考電平。本文將AD7302的REFIN引腳連接到電源輸入引腳VDD=3. 3V, 採用內參考方式給AD7302提供參考電平，此時，AD7302的參考電平Vkef B=VDD/2=1. 65V。由於AD9744的參考電平Vqut B輸入範圍為(0. Γ . 25) V，根據AD7302數據手冊中公式，見式(1)，可計算出Nb取值範圍約為(8、7)，轉換成8位二進位數值為(0000 100(Γ0110 0001)。 通過設定不同的Nb值，可改變數模轉換器B5的模擬輸出，從而控制數模轉換器A2的參考電平，實現高斯白噪聲信號幅度可調。Vout b=2XVeef b (Nb/256)(1) 低通濾波器3選20MHz低通濾波器。本實施例中，利用示波器可查看高斯白噪聲信號的時域特性，如信號形狀、幅度等，調節時基旋鈕，當時間軸為5ms/div時，得到如圖2所示的結果；利用信號源分析儀可觀看高斯白噪聲信號在頻域上的平坦度等特性，將中心頻率設置為10MHz，帶寬設置為 20MHz，結果如圖3所示。採用本發明裝置，利用「有限截取源序列」方法，增加了偽隨機序列的長度，具有結構簡單和實現方便的優點。滿足不同場合的需求，擴大了其應用領域，解決了現有利用m序列實現高斯白噪聲信號時，為了增大高斯白噪聲信號周期，需要增加m序列偽隨機碼流長度，即增大m序列級數，從而增加硬體開銷，造成結構複雜等問題。
權利要求
1.一種IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置，它包含現場可編程門陣列(1)和數模轉換器A (2)，其特徵在於現場可編程門陣列(1)與數模轉換器A (2)通過導線連接，數模轉換器A (2 )與低通濾波器(3 )通過導線連接，低通濾波器(3 )與放大器Y (4 )通過導線連接。
2.根據權利要求1所述一種IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置，其特徵在於現場可編程門陣列(1)與數模轉換器B (5)通過導線連接，數模轉換器B (5)與數模轉換器A (2)通過導線連接。
3.根據權利要求1所述一種IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置，其特徵在於數模轉換器A (2)輸出端與放大器Z (6)輸入端通過導線連接，放大器Z (6)輸出端與數模轉換器A (2) 輸入端通過導線連接。
4.一種如權利要求1所述的IOMHz帶寬噪聲信號產生裝置的噪聲信號產生方法，它包含下述步驟步驟1、現場可編程門陣列(1)通過調節數模轉換器B (5)的模擬輸出來控制數模轉換器A (2)的參考電平，從而實現高斯白噪聲信號幅度可調；步驟2、通過調整放大器Z (6)使得數模轉換器A (2)的輸出中心電壓為0V，以實現高斯白噪聲信號的幅度均值為零；步驟3、現場可編程門陣列(1)通過自帶的鎖相環對時鐘參考進行四倍頻，將50MHz輸入時鐘信號轉變為200MHz工作參考信號；步驟4、現場可編程門陣列(1)以200MSPS速率產生級數為20級的m序列偽隨機碼流； 步驟5、採用「有限截取源序列，，方法，每個時鐘周期從所述的20個m序列偽隨機碼按照一定規律截取14個進行數模轉換；步驟6、進行反饋移位操作，在下一 m序列偽隨機狀態採用相同的方式進行取碼轉換。
全文摘要
本發明公開了一種10MHz帶寬噪聲信號產生裝置及噪聲信號產生方法，它包含現場可編程門陣列(1)和數模轉換器A(2)，現場可編程門陣列(1)與數模轉換器A(2)通過導線連接，數模轉換器A(2)與低通濾波器(3)通過導線連接，低通濾波器(3)與放大器Y(4)通過導線連接；解決了現有利用m序列實現高斯白噪聲信號時，為了增大高斯白噪聲信號周期，需要增加m序列偽隨機碼流長度，即增大m序列級數，從而增加硬體開銷，造成結構複雜等問題。
文檔編號H03B29/00GK102386849SQ20111036280
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者付俊, 李光燦 申請人:貴州航天計量測試技術研究所