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任意波形发生器是一种可模拟复杂波形信号的信号源,具有信号产生方式灵活、频率分辨率高、输出频率稳定的特点,在通信、雷达、生物等系统中起着重要的作用。采样率和存储深度是任意波形发生器的两个关键指标,决定了输出波形的带宽和波形复杂程度,本文以实现采样率4GSPS,存储深度2GSa/通道为目标,提出了一套双通道任意波形合成模块的设计方案。主要研究内容如下:1、总体方案设计。通过对比SRAM与SDRAM的优劣,选用SDRAM作为波形查找表,实现2G采样点/通道的存储深度;对比直接数字波形合成技术与直接数字频率合成技术,选择直接数字波形合成技术,以适配SDRAM存储器突发传输的特性;利用异步FIFO对数据速率进行管理,并结合SDRAM输出特性进行数据自适应调节,以实现非均匀波形数据均匀输出;采用“FPGA+SDRAM+DAC”的结构进行波形合成,通过数据并行处理的办法突破器件速度的限制,以实现4GSPS采样率。2、硬件电路设计。使用精密直流电平发生器为DAC提供参考电压,实现输出信号幅度的精密可调;利用时钟管理芯片对两个通道数据时钟进行调控,以确保同步模式下,通道间数据时钟的同步;采用“FPGA+pin driver”的结构,利用延迟线对marker控制信号延迟精密调节,以完成对marker信号的定时偏差控制。3、逻辑设计。分析SDRAM工作特性,结合FPGA存储接口方案,完成对波形数据读写的准确控制;分析序列波合成技术,结合微机指令结构完成波形地址发生器的设计,解决了传统地址发生器在产生高级序列波时计数和存储层次复杂的问题;利用FPGA内部高速串并转换接口对两个通道DAC产生的数据时钟进行鉴相,并根据鉴相结果对波形数据进行相位调节,最终实现双通道同步的功能。经过测试与验证,所设计的任意波形合成模块最高采样率达到4GSPS,能够实现序列波和用户自由编辑波形的输出;能够实现2kHz~1.5GHz的函数波形输出;同步模式下,两个通道输出波形初始偏差小于200ps;marker信号脉宽、初始位置可调,4个采样点的调节分辨率。