深水通讯节点中基于脉冲采样的高能效SPWM发生系统设计

韩 震，江 鹏，张 宇

(1.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北 武汉 430079；2.武汉大学电子信息学院，湖北 武汉 430079)

0 引 言

目前，深水信号探测和高速水声通信日益成为国内水声研究的焦点，深水探测通讯节点的设计成为重中之重。水下探测通讯节点需要长时间在深水待机，在特定情况执行采集信号、通信等任务，设备设计运转周期约为1～2年，这使得小尺寸、低功耗成为水下探测设备的发展方向[1-2]。水下探测通讯节点的发射端主要包括数字处理器、模拟驱动电路、功率放大电路、水声换能器等部分。传统方案是将所需的发射信号转换为正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)波，由SPWM波通过功率放大电路驱动水声换能器进行工作[3]。在国内，中国科学院声学研究所、哈尔滨工程大学、厦门大学等科研单位对水声换能器中D类功放的设计进行了较多研究[4]，本文针对SPWM信号的发生方式及实现形式进行改进。

SPWM技术是一种比较成熟的、广泛使用的脉宽调制技术，通过控制特定频率的脉冲波，使其宽度随调制波形幅度变化，以此来等效调制波形，达到还原输出信号的目的[5]。SPWM技术以其优良的传输特性成为电力电子设备中信号调制技术的基本方式，在电力控制、通信、电源等领域有着广泛应用。

经典SPWM调制信号发生系统包括微处理器、数字-模拟转换器(Digital to Analog Converter,DAC)、三角波生成电路、比较器、死区形成模拟电路等组成[6]，如图1所示。

图1 经典SPWM信号生成系统Fig.1 Typical SPWM signal generation system

SPWM普遍采用正弦波与一个三角载波相比较的方法，根据比较方式的不同分为自然采样法、对称规则采样法、不对称规则采样法三种。……