基于FPGA和PWM的多路信号发生器设计

摘 要： 基于运放的信号发生器精度低且稳定性和可调节性差，而基于DDS的信号发生器则成本高、电路复杂。为此提出了基于FPGA+PWM的多路信号发生器设计方法。该方法硬件上无需DAC与多路模拟开关，由FPGA产生调制输出波形信号所需的PWM脉冲波，经二阶低通滤波和放大电路后即可得到所需波形信号。实验证明，该多路信号发生器幅值分辨率高，频率精度高，且具有良好的直流性能，各通道可独立产生三角波、锯齿波、正弦波、方波且输出稳定。且其成本低，设计灵活，可扩展性强，可应用于各种场合。

PWM(Pulse Width ModulaTIon)脉宽调制技术是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形[1]。PWM技术对波形调制的灵活性和通用性好，并且对硬件要求低，应用广泛[2]。目前的PWM信号发生器大多存在周期调节不方便、路数有限等问题，而随着大规模集成电路的发展，FPGA拥有了资源丰富、工作速度快、使用灵活、稳定性高等特点。在此基础上，本文提出了一种基于FPGA+PWM的多路信号发生器，结合二者的优势，产生波形、频率、幅度可独立调节的多路波形信号[3]。

根据面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同（冲量是指窄脉冲的面积；效果基本相同指的是输出响应波形基本相同）。基于该理论生成的PWM控制技术即是利用一系列等幅不等宽的脉冲（不同占空比的矩形波），经过一定的信号处理来生成所需的各种波形[4]。