Цифровой синтезатор сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХгЕСПУБЛИК В 19/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛ ЬСТВ АВТОРСКО ССР.05.86.езаторы чаектроника ОЙ СИНТЕЗАТОР СИ(57) ИзоЦель изной чис РО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР. Н 03 В 19/00,26др, Цифровые синтубежная радиоэл57-61. ретение относится к радиотехнике. обретения - повышение спектральоты выходного сигнала, Цифровой Ж 1720142 синтезатор сигналов содержит тактовый генератор 1, формирователь 2 отсчетов синтеэируемого сигнала, формирователь 3. шумового сигнала с ограниченным спектром, сумматор 4 кодов, регистр 5 памяти, цифроаналоговый преобразователь 6, фильтр 7 нижних частот. В цифровом синтезаторе сигналов амплитуды отсчетов синтеэируемого и псевдошумового сигналов сравнимы по величине. Это позволяет практически полностью разрушить дискретные паразитные составляющие. Для уменьшения энергии шума в спектре выходного сигнала с выхода формирователя 3 шумового сигнала подавляют те составляющие спектра, которые попадают в диапазон синтезируемых частот, 7 ил.,В5 10 20 Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при формировании колебаний с фиксированной и меняю-. щейся частотами.Известные цифровые синтезаторы сигналов не обеспечивают низкого уровня дискретных составляющих из-за ограниченной точности преобразования кода фазы в код синуса, а также из-за того, что при реализованном в них способе рандомиэации паразитные спектральные составляющие, обусловленные переходными процессами и глитчами цифроаналогового преобразователя, размываются в малой степени.Наиболее близким к предлагаемому является цифровой синтезатор сигналов, содержащий последовательно соединенные тактовый генератор и формирователь сигнала и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот.Недостатком этого синтезатора сигналов является большой уровень паразитных составляющих в спектре выходного сигнала, обусловленный нелинейностью передаточной характеристики аналогового коммутатора и сильной корреляцией характеристик используемых цифроаналоговых преобразователей.Цель изобретения - повышение спектральной чистоты выходного сигнала.Указанная цель достигается тем, что в известный цифровой синтезатор сигналов, содержащий последовательно соединенные тактовый генератор и формирователь отсчетов синтезируемого сигнала и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, между выходом тактового генератора и входом цифроаналогового преобразователя введены последовательно соединенные формирователь шумового сигнала с ограниченным спектром, сумматор кодов и регистр памяти, тактовый вход которого подключен к выходу тактового генератора, а выход формирователя отсчетов синтезируемого сигнала соединен с вторым входом сумматора кодов,По сравнению с известными данный синтезатор обеспечивает меньший уровень паразитных составляющих спектра, поскольку при его использовании рандомизируются не только ошибки усечения кода фазы синтезируемого сигнала, но и ошибки цифроаналогового преобразователя, связанные с конечной разрядностью, наличием переходных процессов и глитчей, Кроме того, в выходном сигнале этого синтезатора нет спектральных составляющих, обусловленных нелинейностью передаточной ха 25 30 35 40 45 50 55 рактеристики аналогового коммутатора инедостаточной развязкой между его входами,На фиг.1 изображены фрагменты цифровых сигналов на разных стадиях формирования ("а" - отсчеты синтеэируемого сигнала Ксс, "б" - отсчеты шумового (псевдошумового) сигнала Кш с подавленными спектральными составляющими; "в" - результирующий суммарный сигнал Кум, преобразуемый к аналоговому виду) на фиг,2,3 для двух вариантов выбора диапазона синтеэируемых частот показаны спектры отсчетов синтезируемого сигнала (а), шумового (псевдошумового) сигнала с подавленными спектральными составляющими (б) и результирующего суммарного сигнала (в); на фиг.4 приведена структурная схема цифрового синтезатора сигналов; на фиг,5 а, б - примеры выполнения формирователя отсчетов синтезируемого сигнала; на фиг.ба.б - примеры реализации формирователя шумового сигнала с ограниченным спектром; на фиг.7 а-г - спектры выходного сигнала., полученные при экспериментальном исследовании цифрового синтезатора сигналов по схеме фиг.4,Цифровой синтезатор сигналов (фиг.4) содержит тактовый генератор 1, формирователь 2 отсчетов синтезируемого сигнала, формирователь 3 шумового сигнала с ограниченным спектром, сумматор 4 кодов, регистр 5 памяти, цифроаналоговый преобразователь б, фильтр 7 нижних частот,Формирователь 2 отсчетов синтезируемого сигнала (фиг.5 а) содержит формирователь 8 кода фазы и преобразователь 9 кода, Во втором случае (фиг,5 б) в устройство входят формирователь 10 кода фазы,й преобразователей 11 кода, коммутатор 12, реверсивный счетчик 13 и делитель 14 частоты.Формирователь 3 шумового сигнала с ограниченным спектром (фиг.ба) содержит цифровой генератор 15 шума и цифровой фильтр 16. В формирователь 3 (фиг.бб) входят аналоговый генератор 17 шума, фильтр 18 и аналого-цифровой преобразователь 19.При цифровом способе синтеза сигналов число дискретных паразитных составляющих в спектре выходного сигнала определяется емкостью используемого накопителя кодов и значением кода К синтезируемой частоты. Амплитуда же паразитных составляющих зависит от точности преобразований кода фазы К в цифровые отсчеты Ксс синтезируемого сигнала, а цифровых отсчетов К, - в аналоговый выходной сигнал.В технике синтеза частот известен ряд технических решений, в которых посредством введения шума в младший из используемых для обращения к формирователю отсчетов синтезируемого сигнала разряд кода фазы Кили в младшийиз используемых для обращения к цифроаналоговому преобразователю разряд кода отсчетов Кс синтезируемого сигнала дискретный спектр паразитных составляющих преобразуется в дискретно-непрерывный. При этом, хотя энергия шумов возрастает примерно в 2 раза, уровень паразитных составляющих спектра, которые трансформировались из дискретных в дискретно-непрерывные, снижается. Все сказанное выше, однако, справедливо лишь в том случае, если не учитываются значительные по своей величине переходные процессы и глитчи цифроаналоговых преобразователей.Поскольку реальным ЦАП присущ значительный уровень переходных процессов и глитчей, то при названных выше методах введения шума дискретные паразитные составляющие спектра, обусловленные переходными процессами и глитчами, размываются незначительно.В данном синтезаторе амплитуды отсчетов шумового и синтезируемого сигналов сравнимы по величине или одинаковы (фиг.1), Это обстоятельство позволяет практически полностью разрушить дискретные паразитные составляющие, обусловленные переходными процессами и глитчами. Однако при этом энергия шума в спектре выходного сигнала становится чрезмерно большой. Для исключения этого отрицательного эффекта в преднамеренно вводимом шумовом сигнале подавляют (фильтруют) те составляющие спектра, которые попадают в диапазон синтезируемых частот (фиг.2 б, Зб), Если эти составляющие подавлены эффективно, результирующий уровень паразитных составляющих спектра в диапазоне синтезируемых частот определяется лишь энергией глитчей и шумов округления (фиг,2 в; Зв),Цифровой синтезатор (фиг.4) работает следующим образом,В формирователе 2 вырабатываются отсчеты синтезируемого сигнала требуемой частоты (фиг.1 а). Эти отсчеты в каждом такте суммируются с шумовым сигналом (фиг.1 б), в спектре которого все составляющие, попадающие в диапазон синтезируемых частот, подавлены до уровня, который ниже уровня паразитных составляющих, заданного в требованиях на качество формируемого сигнала. Полученный цифровой суммарный сигнал (фиг,1 в) подается нэ регистр 5 памяти и далее на цифроаналоговый преобразователь 6 и фильтр 7 нижних частот, в котором до необходимого уровня подавляются спектральные составляющие, обусловлен ные эффектами дискретизации и преднамеренно введенным шумовым сигналом.Формирователь 2 отсчетов синтезируемого сигнала реализуется стандартным образом, содержит формирователь 8 кода 10 фазы и коммутатор 12 (фиг.5). Блоки 9. 11,1,11.2,11.И обеспечивают преобразование кода фазы в код отсчета синтезируемого сигнала и выполняются на основе блоков постоянной памяти, в которые записываются 15 отсчеты синусоидальной функции.Формирователь 3 шумового сигнала сограниченным спектром может быть реализован различными способами (фиг.ба,б), На фиг,6 а показан пример выполнения фор мирователя 3 на основе генератора 15 случайных чисел, спектральные составляющие которых находятся в диапазоне частот 0 - 0,5 1 т (тт - входная частота тактового генератора), и цифрового фильтра 16, обеспе чивающего подавление спектральныхсоставляющих шума, попадающих в диапазон синтезируемых частот, Другой вариант выполнения формирователя 3 приведен на фиг,бб. 8 этом случае сначала в генераторе 30 17 формируется аналоговый шум. затем спомощью аналогового фильтра 18 подав 1 яются спектральные составляющие шума, попадающие в диапазон синтезиуемых частот. Требуемый шумовой сигнал с ограни ценным спектром получают нэ выходеаналого-цифрового преобразователя 19,.Тип фильтра и требуемое от него подавление как при цифровой, так и при аналоговой реализации определяются исходя из 40 требований к уровню дискретных составляющих с учетом амплитуд спектральных составляющих синтезируемого и шумового сигналов.Эффективность синтезатора подтверж дается результатами экспериментальногоисследования спектров одно- (фиг,7 а,б) и многочастотного (фиг.7 в,г) сигналов, Кэк следует из сравнения спектров нэ фиг.7 а,б и 7 в,г, полученное в синтезаторе по фиг.4 50 снижение уровня паразитных спектральныхсоставляющих в диапазоне синтезируемых частот составляет примерно 15 дБ, т.е.применение данного технического решения позволило получить в многоуровневом 55 синтезаторе с 8-рэзрядным цифроаналоговым преобразователем уровень дискретных составляющих, не превосходящий -60 дБ.При используемом шумовом сигнале, спектральные составляющие которого ниже амплитуды спектра синтезируемого сигнала,2 на 40 дБ, требуемое подавление в полосе синтезируемого сигнала составляет 35- 40 дБ.Таким образом, использование синтезатора позволяет обеспечить уровень паразитных спектральных составляющих меньший, чем в классических синтезаторах отсчетного типа, в которых он определяется разрядностью цифроаналоговых преобразователей и энергией возникающих в них переходных процессов и глитчей. Цифровой синтезатор сигналов более эффективен и в сравнении с известными устройствами, в которых используется рандомизация, Так, в данном синтезаторе эффективно разрушаются дискретные паразитные составляющие, обусловленные не только неточностью вычислений фазы и амплитуды отсчетов синтезируемого сигнала, но и присущими процессу цифроаналогового преобразования переходными процессами и глитчами, Эффективность разрушения дискретных паразитных спектральных составляющих в таком синтезаторе обусловлена также тем, что определяется она. лишь свойствами вводимого шумового или псевдошумового сигнала с ограниченным спектром и не базируется на весьма спорном предположении о существенном различии в характере переходных процессов и глитчей в основ ном и дополнительно введенном цифроаналоговых преобразователях. Формула изобретения Цифровой синтезатор сигналов, содер жащий последовательно соединенные тактовый генератор и формирователь отсчетов синтезируемого сигнала и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильгр нижних частот, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияспектральной чистоты выходного сигнала, между выходом тактового генератора и входом цифроаналогового преобразователя введены последовательно соединенные 20 формирователь шумового сигнала с ограни-.ченным спектром, сумматор кодов и регистр памяти, тактовый вход которого подключен к выходу тактового генератора, а выход формирователя отсчетов синтезируемого ситна ла соединен с вторым входом сумматоракодов.1720142 й 4 Составитель В. КочемасовРедактор А, Маковская Техред М.Моргентал Корректор гавцова оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 776 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5