来源：《电子技术应用》

     摘要：一种用于虚拟仪器的高精度数字式的波形发生器。采用了折线近似逼近方法和三角分解实现方法，给出了硬件电路结构。

     关键词：虚拟仪器

     波形发生器 函数发生器 折线近似 三角分解 乘法dac

     随着计算机软硬件技术的迅速发展，20世纪90年代以来出现的虚拟仪器技术正日益成为现代电子测试仪器的主流。基于pc总线的虚拟仪器的出现，使得使用者可以按自己的需要设计和构建各种测试分析仪器和系统。现代电子测试仪器进入了使用者也能设计、开发和构建的个人仪器时代。

     虚拟仪器由pc计算机、通用硬件模块和虚拟仪器软件（图形化软件开发环境和控制软件）构成。虚拟仪器的功能和性能主要取决于虚拟仪器软件和通用硬件模块。

     虚拟仪器的通用硬件模块主要有：高速数据采集卡、信号发生卡和逻辑分析采集卡等。本文主要讨论虚拟仪器信号发生卡中（任意）波形产生的技术。

     采用数字方法或计算机技术逼近任意波形的原理如下：dac将数据发生器送出的数据转换为模拟信号（电池或电压），扫描频率发生器控制数据发生器送出数据的步长。数据发生器大致分为两类：存储式和实时运算式。存储式是将预先计算的波形采样数据放在存储器中，这种方式适用于周期性的或者预定的波形发生，可以达到很高的重复频率。实时运算式则由计算机或微处理器实时计算波形采样数据，这种方式适用于非周期性的或者无法预定的波形发生。扫描频率发生器通常用数字锁相环或者数字频率合成器构成。

     所产生的模拟波形的失真度主要取决于逼近波形的方法、数据点步长（扫描频率、采样周期或数据点密度）、数据的分辨率（dac的分辨率）。

     广泛采用的阶梯被逼近任意波形的原理见图1所示。其中dac作为零阶保持器（z.o.h.），产生一个变幅度的阶段波形fo（t），模拟低通滤波器（lpf）滤除dac在数据变换时产生的高频数字噪声并平滑阶梯波的台阶。这一方法由于数据占计算及实现电路简单而被广泛采用。为平滑台阶，低通滤波器和截止频率与信号波形的变化率必须匹配。在需要大范围改变信号变化率或者改变周期信号的重复频率时，低通滤波器的设计和实现成为问题。需要设计和实现一个跟踪滤波器或者切换滤波器的频带，否则在产生慢变信号时仍有明显的台阶。而大范围的跟踪滤波器的实现极其困难。尽管采用更高分辨纺的dac可以减少台阶的幅度，然而在产生低频波形或慢变波形时还是有明显的台阶。

     改善产生波形的失真度的一个途径是采用高阶的波形逼近方法。本文主要介绍采用折线近似逼近任意波形的方法（一阶波形逼近方法）及其实现。

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     折线近似逼近任意波形方法的原理

     连续的时间函数f（t）可以用函数空间的基函数的线性组合逼近：

     函数空间的基函数选为自然基组{1,t,t

     2,…}，则有：

     采用计算机技术实现连续时间函数f(t)的逼近时，采用等间隔t（等采样周期）给出数据点的方法，即：

     实现时，在（3）式中只能取有限项来逼近。实际上，阶梯波逼近方法只取了零次项，即：

     fo(t)→f(t),f0(t)=f(k),kt≤t<(k+1)t

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