Цифровой синтезатор частот

Союз Советских Социалистических РеспубликОБ КС АНИЕ КЗОБРЕТЕНИЯ о 181367(22) Заявлено 07. Об,79 (21) 2778908 51)М. Кл рисоединением Н 03 В 1 явки Ко Госуд рстиениыи комнтеСССРлам изобретенийи открытий 23) Приоритет Опубликова тень Йо 17,03,8 150381 Бюл ания описани", с. есоюзный заочный электротехнический институ 71) Заявите свйз(54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТО междтел т алиезатор част овки частот ок 3 синхро ватель 4 ко торой преоб ремножитель диав,зоваИзобретение относится к радиотехнике и может использоваться длясинтезирования частот, основанного навычислении выборок синусоиды в тактовые моменты времени, в различных областях техники.Известен цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные блок установки частоты,накопитель, первый преобразователькодов, блок памяти, перемножитель,регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот,а также блок синхровизации, выходкоторого подключен к тактовым входамрегистра памяти и накопителя, выходстаршего разряда которого подключенк входу знакового разряда регистрапамяти 11,Однако известный цифровой синтезатор частот не обеспечивает достаточно широкого диапазона выходных частот, имеет сложную техническую резацию и ограниченный объем памяти.Цель изобретения - расширениепазона выходных частот.Поставленная цель достигается тем,что в цифровом синтезаторе частот,содержащем последовательно соединен-,ные блок установки частоты, накопитель, первый преобразователь кодов,блок памяти, перемножитель, регистрпамяти, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, а такжеблок синхронизации, выход которого.подключен к тактовым входам регистрапамяти и накопителя, выход старшегоразряда которого подключен к входузнакового разряда регистра памяти,у выходами первого преобразовая кодов, и вторыми поразряднымивходами перемножителя включен второйпреобразователь кодов.На фиг. 1 представлена с руктур ная электрическая схИма предлагаемого устройства, на фиг. 2 - формысигналов в различных точках устройства; на фиг. 3 и 4 - формы сигналовна выходе второго преобразователя 20 кодов и перемножителя для двух различных вариантов выполнения второгопреобразователя кодов; на фиг. 5структурная схема второго преобразователя кодов.Цифровой синт от содержит блок 1 устан ы (БУЧ)накопитель 2, бл низации,первый преобразо доблок 5 памяти, в ра 30 тель б кодов, пе 7, ре813677 гистр 8 памяти, цифроаналоговый преобразователь 9 (ЦАП), фильтр 10 нижних частот (ФНЧ).Цифровой синтезатор частот работает следующим образом.В БУЧ 1 устанавливается код Ксинтеэируймой частоты. Выход БУЧ 1подключен ко входу накопителя 2,тактоный вход которого соединен свыходом блока 3 синхронизации. В каждый тактовый момент времени с = пТ,я = О, 1, 2, (Т - тактовый интервал, б= 1/Т - тактовая частота)Содержимое накопителя 2 увеличивается на величину К до тех пор, пока нерроисходйт переполнение накопителя 2.Огибающая выходных кодовых сигналов 15накопителя 2 имеет пилообразный характер (кривая А, Фиг. 2), Кодовыесигналы с выхода накопителя 2 поступают на входы первого преобразователя 4 кодов,.-йа выходах В которого 2 Оформируются кодовые сигналы с треугольной огибающей (кривая В, Фиг.2).Выходы В первого преобразователя 4кодов, который может быть реализованв виде преобразователя прямого кодав обратный или дополнительный, соединены с выходами второго преобразователя б кодов и блока 5 памяти (обычно целесообразно подключение толькостарших выходных разрядов первогопреобразователя кодов 4 ко входам бло ЗОка 5 памяти). Во втором преобразователе б кодов кодовые сигналы с треугольной огибающей преобразуются вкодовые сигналы с более близкой ксинусоидальному колебанию огибающей, З 5например в кодовые сигналы с трапецеидальной огибающей (кривая С,Фиг. 2). В блоке 5 памяти хранятсякоэффициенты Р, на которые в перемножителе 7 умножаются кодовые сигналы С с выхода нторого преобразователя б кодов, для получения кодовыхсигналов с синусоидальной огибающей Точное зна-,Верхнее и нижнее 10 шибка э выЗначение коэфФициентов умножения,2 Значения ар- гументовИн- тервал, Я числении синусов значение синусов на границе чение синусов на границе интер- вала 0,124798 0,1232003 0,2464006 0,2400799 0(3601198 0,3461716 0,0005999(кривая Е, Фиг. 2). Выходные кодовыесигналы Е перемножителя 7, а такжевыходной сигнал старшего разряда 5 СКнакопителя 2 поступают на входы регистра 8 памяти, тактовый вход которого подключен к выходу блока 3синхронизации. Выходы Г регистра 8памяти подключены ко входам ЦАП 9,н котором осуществляется преобразование цифровых выборок в аналоговыевеличины для получения ступенчатойаппроксимации синтезируемогс, сигнала,Этот ступенчатый сигнал сглаживается н ФНЧ 10, на выходе которого формируется требуемый синусоидальныйсигнал. Выход ФНЧ 10 является выходом всего устройства.На фиг, 3 изображен график, поясняющий процесс аппроксимации четверти периода синусоидального колебаниядля случая, когда в блоке 5 памятихранятся восемь коэффициентов умножения О, а во втором преобразователе 6 кодов реализуется Функция цифрового ограничителя (на фиг, 3 атинтервал времени, в течение которогокоэффициент умножения ФиксированЬТ = Т, /32, Тс - период синтезируемого сигнала). Коэффициенты умножения на каждом интервалеТ выбираются таким образом, чтобы в середине интервала выполнялось точное равенство Е = С О. При этом ошибкааппроксимации принимает минимальноезначение,В таблице приведены значения коэффициентов умножения О, значения синусов и ошибки н граничных точках дляслучая аппроксимации четверти периодасинусоиды восемью отрезкамиИз приведенных данных видно, что максимальная ошибка при вычислении выборкисинуса имеет место на интервале, гдевторой преобразователь 6 кодов начинает работать как ограничитель, т,е.1 (0)625; 0,75(,-0,01518020,0091673- 0,0030654 0,5881595 0,624387 0,6366197 0,375-,0,5 0,9231245 0,5-:0(625 0,874868 0,625-;0,75 0,881921 7 0,75-;0,875 0,95694 8 0,875-.1,0 0,995185 Абсолютное значение этой ошибкисоставляет 0,0267113, что соответствует пяти верным двоичным разрядамвыборки синуса. Для вычисления выборок с точностью порядка 10 двоичныхразрядов необходимо увеличить количество отрезков аппроксимации до 256.Требуемая емкость блока 5 памяти вэтом случае составляет 256 х 10 бит.Помнить всю эту информацию нет необходимости.При достаточно малых значенияхи при значениях с, близких к Тг,/4,трапецеидальная кривая настолькоблизка к синусоиде, что коэффициентумножения 0 практически не отличается от единицы и его на этих участках не имеет смысла хранить в блоке 5памяти. Наиболее сильно О отличаетсяот единицы в точке излома трапецеидальной кривой. При этом он принимает значение Рг = 0,8423472 и величины коэффициентов умножения О, лежитв интервале Ов 4 0 6 1,Так как О = (0,8423;72),О- (0,110101), то очевидйо, чтодва самых старших разряда двойчнокодированного значения коэффициентаумножения Э запоминать не нужно, поскольку они всегда равны уровню логической "1", При учете этих обстоятельств требуемая емкость блока 5 памяти снижается. Еще большего сокращения объема памяти можно достигнутьпри использовании второго преобразователя б кодов с большим числом уровней ограничения. Характеристика егоизображена на фиг. 4 (кривая С), кри-вая Е соответствует синтезируемомусигналу в случае 256 отрезков аппроксимации:Т = Т /1024.Структурная схема второго преобразователя б кодов изображена на фиг. 5. Он содержит блок 11 памяти, элемент И 12, блоки 13 и 14 элементов И-НЕ. Входные кодовые сигналы с треугольной огибающей В поступают на одни входы блока 13 элементов И-НЕ. При этом кодовые сигналы старших разрядов поступают также на входы блока 11 памяти. Выходы блока 11 памяти соединены с одними входами блока 14 элементов И-НЕ и входами элемента И 12. Выход последнего соединен с другими входами блока 13 элементов И-НЕ, выходы которого подключены к другим входам блока 14 элементов И-НЕ. Втечение интервалов времени, когда кривая С (фиг. 4) имеет линейно нарастающий характер, на выходах блока 11 памяти имеют место сигналы логической "1". На выходе элемента И 12сигнал также соответствует уровню логической "1", В результате этого входные кодовые сигналы второго преобразователя 6 коцов гроходят непосредственно на его выходы. При достижении момента времени, соответствующего первой точке излома, на выходах блока 11 памяти пояьляются инвертированные сигналы кода первого уровня ограничения, выходной сигнал элемента И 12 становится равным уровню логического "0", выходные сигналы блока 13 элементов И-НЕ - уровням логической "1", а выходные сигналы блока 14 элементов И-НЕ - кодовым сигналам первого уровня ограничения, поступающим из блока 11 памяти. При достижении моментов времени, соответствующих второй, третьей и т.д. точкам излома, устройство работает аналогично, только на его выходе Формируются кодовые сигналы соответствующего уровня ограничения. Поскольку число уровней ограничения не 813677велико, небольшбй оказывается и емкость блока 11 памяти и выполнение второго преобразователя б кодов не встречает затруднений.При использовании второго преобразователя б кодов и описанных методов уьйньшения объема памяти емкость блока 5 памяти предлагаемого устройства оказывается несколько меньше емкости блока. памяти известного устройства.Кроме того, в предлагаемом устройстве за тактовый интервал Т необходимо извлечь одну выборку. Следовательно, при фиксированном быстродействии блока 5 памяти верхняя граница диапазона выходных частот может быть увеличена в два раза, В то же время предлагаемое устройство проще известного по конструкции.Формула изобретенияЦифровой синтезатор частот, содержащий последов;тельно соединенные блок установки частоты, накопитель, первый преобразователь кодов, блок памяти, перемножитель, регистр памяти, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, а также блок синхронизации, выход которого подключен к тактовым входам регистра памяти и накопителя, выход старшего разряда которого подключен к входу знакового разряда регистра памяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона выходных частот между выходами первого преобразователя кодов и вторыми поразрядными входами перемножителя включен 15второй преобразователь кодов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Тирней и др. Цифровые синтезаторы частоты. "Зарубежная радиозлект роника", 1972, Р 3, с. 57-67 прототип.813677г.5 ФиаФгЗаказ 805/74 Тираж 938. Подписи лиал ББП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна