基于VDSL2高速網絡集成芯片的多信號發生器

黃航

摘 要： 介紹利用VDSL2網絡集成芯片設計的多信號發生器，該網絡芯片集成有ARM處理器，兩級低噪聲放大器，三級低通濾波器，數字信號處理器以及14位DAC。該系統充分利用該芯片高集成的特點，設計了具有嵌入式的微型化多信號發生器。該發生器利用Matlab用戶界面實現了輸出頻率從0.01 Hz～20 MHz的各種常規波形和用戶自定義的任意波形。該系統成本低，效果佳，體積小，已經應用于實驗室的各種電子應用技術實驗中。

關鍵詞： VDSL； 集成系統芯片； 嵌入式系統； 多信號發生器

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）10?0096?02

在電子電路設計和電子電路實驗中，信號發生器是必不可少的電子實驗設備。近年來，隨著數字化儀器，智能儀器的發展，使得儀器的功能得到加強[1]。但是，這類儀器和設備還沒有完全擺脫掉手動操作的模式，而且這些大都昂貴且體積較大并且笨重[2?3]。特別是信號發生器，大部分只能產生正弦波，矩形波等常規波形，輸出頻率大多是幾kHz或十幾kHZ[4?5]，這大大限制了學生實驗的類型和質量。本文充分利用VDSL2（Very?high?bit?rate Digital Subscriber Line）網絡集成芯片硬件的高集成特色，結合系統內在的Linux操作系統，開發了輸出頻率從0.01 Hz～20 MHz的各種常規波形，如正弦波、矩形波、三角波和鋸齒波等，并可以產生由用戶自定義的任意波形。所設計的系統成本低，且體積小。操作由用戶通過計算機界面來控制信號的輸出振幅和頻率。

1 系統構成

本文所設計的系統主要由VDSL2芯片RTL8685以及低噪聲差分驅動器組成。系統結構圖如圖1所示。VDSL2 RTL8685是高集成的網絡芯片，在發送通道，它集成有ARM CPU，數字信號處理器， 14位DAC[6]，低噪聲放大器以及截止頻率可調的低通濾波器。RTL8685的內部框圖如圖2所示。

圖1 信號發生器系統結構圖

系統內有集成的各種數字濾波器組成的數字信號處理器。利用Linux OS操作系統，應用軟件采用Visual C++，并在Matlab環境下的GUI用戶界面中，可以選擇產生各種常規波形，如：正弦波，方波，鋸齒波，方波等，也能產生用戶自定義的各種任意波形。

2 整體系統的設計

系統主要部分的電原理圖見圖3。SoC中14位D/A輸出到AD8130差分?單端驅動器產生系統的模擬信號。SoC中DSTU是系統的核心。系統中所有子模塊的運作都是由DSTU控制，DSTU由系統DSP控制軟件操作其運作。系統采用Matlab語言編寫用戶界面見圖4。

圖2 VDSL2發送通道內部結構圖

圖3 模擬信號輸出部分電原理圖

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是對研制的多信號發生器系統現場測試圖。測試圖由數字示波器，微型多信號發生器以及筆記本電腦組成。筆記本電腦安裝的控制軟件產生用戶需要的信號，并顯示在數字示波器上，以驗證所要產生的信號。從以上展示和描述的系統可以看出整個系統結構簡單明了，開發成本低，用戶界面易于操作，穩定性能佳等特點。

圖5 系統測試圖

2.1 常規波形的產生

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定為1/4。系統產生的正弦波見圖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，可看出此系統所產生的不同頻率、不同增幅的方波、鋸齒波和三角波。

[ 圖6 系統輸出的正弦波 圖7 系統輸出的方波]

[圖8 系統輸出的三角波 圖9 系統輸出的鋸齒波]

2.2 任意波形的產生

用戶可以通過操作界面裝入（Load）所要產生波形的數據文件就可以獲得所要的波形。一般而言，只要有數學模型的任意波形都可以由此系統產生。本文產生有兩種頻率合成的波形。如圖10所示，系統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 系統輸出的用戶自定義的任意波形

3 結 語

本系統設計充分利用VDSL2高集成電路的特點成功地產生了各種常規波形和用戶可以自定義的任意波形。因為輸出波形是由軟件控制產生，所以，輸出波形的頻率和振幅可以在設計范圍內由用戶任意選擇。又因為此系統采用了高集成的SoC芯片，系統的PCB板面積小，成本很低，且系統運行非常穩定。

該系統已成功地應用于學生的電子實驗中。從實驗中可以看出，學生很方便地利用此系統做各種電子應用實驗，使得實驗效率提高，實驗成本大大降低。

參考文獻

[1] 李志強.汽車電子嵌入式API與發動機信號模擬及數據標定系統的研制[D].長春：吉林大學，2006.

[2] 趙文鋒，王海林.基于FPGA的發動機信號模擬發生實驗裝置研制[J].實驗室研究與探索，2013（4）：36?39.

[3] 徐云.基于DDFS技術的雙通道任意波形信號發生器[J].儀器儀表學報，2006（5）：515?519.

[4] 楊吉祥，詹宏英，梅杓春.電子測量技術基礎[M].南京：東南大學出版社，1999.

[5] 唐麗麗，何剛.基于89C51的信號發生器設計與實現[J].儀表技術與傳感器，2007（2）：76?78.

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