Цифровой синтезатор сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03B19/00 

fetf

Х|

hJ О

Ј ГО

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при формировании колебаний с фиксированной и меняющейся 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 рандомизации 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 рандомизи- руются 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 характеристики аналогового коммутатора и недостаточной развязкой между его входами.

На фиг.1 изображены фрагменты цифровых сигналов на разных стадиях формирования (а - отсчеты синтезируемого сигнала КСс; б -- отсчеты шумового (псевдошумового) сигнала Кш с подавленными спектральными составляющими; в - ре0 зультирующий суммарный сигнал КСум, преобразуемый к аналоговому виду); на фиг.2,3 для двух вариантов выбора диапазона синтезируемых частот показаны спектры отсчетов синтезируемого сигнала (а), шумового

5 (псевдошумового) сигнала с подавленными спектральными составляющими (б) и результирующего суммарного сигнала (в); на.фиг.4 приведена структурная схема цифрового синтезатора сигналов; на фиг.ба. б - при0 меры выполнения формирователя отсчетов синтезируемого сигнала; на фиг.ба.б - примеры реализации формирователя шумового сигнала с ограниченным спектром; на фиг.7а-г - спектры выходного сигнала,

5 полученные при экспериментальном исследовании цифрового синтезатора сигналов по схеме фиг.4.

Цифровой синтезатор сигналов (фиг.4) содержит тактовый генератор 1. формиро0 ватель 2 отсчетов синтезируемого сигнала, формирователь 3 шумового сигнала с ограниченным спектром, сумматор 4 кодов, регистр 5 памяти, цифроаналоговый преобразователь 6, фильтр 7 нижних частот.

5 Формирователь 2 отсчетов синтезируемого сигнала (фиг.ба) содержит формирователь 8 кода фазы и преобразователь 9 кода. Во втором случае (фиг.56) в устройство входят формирователь 10 кода фазы/N преоб0 разователей 11 кода, коммутатор 12, реверсивный счетчик 13 и делитель 14 частоты.

Формирователь 3 шумового сигнала с ограниченным спектром (фиг.ба) содержит

5 цифровой генератор 15 шума и цифровой фильтр 16. В формирователь 3 (фиг.66) входят аналоговый генератор 17 шума, фильтр 18 и аналого-цифровой преобразователь 19.

0 При цифровом способе синтеза сигналов число дискретных паразитных составляющих в спектре выходного сигнала определяется емкостью используемого накопителя кодов и значением кода Кгс

5 синтезируемой частоты. Амплитуда же паразитных составляющих зависит от точности преобразований кода фазы Kj в цифровые отсчеты Ксс синтезируемого сигнала, а цифровых отсчетов Ксс - 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 К р или в младший из используемых для обращения к цифроаналоговому преобразователю разряд кода отсчетов КсС 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.2б, 36). Если эти составляющие подавлены эффективно, результирующий уровень паразитных составляющих спектра в диапазоне синтезируемых частот определяется лишь энергией глитчей и шумов округления (фиг.2в; 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. 16), 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 на регистр 5 памяти и далее на цифроаналоговый преобразователь б и фильтр 7 нижних частот, в котором до необходимого уровня подавляются спектральные составляющие, обусловлен- 5 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,.i.11.N 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 с ограниченным спектром может быть реализован различными способами (фиг.ба,б), На фиг.ба показан пример выполнения фор0 мирователя 3 на основе генератора 15 случайных чисел, спектральные составляющие которых находятся в диапазоне частот 0-0,5 fr (fr - входная частота тактового генератора), и цифрового фильтра 16, обеспе5 чивающего подавление спектральных составляющих шума, попадающих в диапазон синтезируемых частот. Другой вариант выполнения формирователя 3 приведен нз фиг.бб. В этом случае сначала в генераторе

0 17 формируется аналоговый шум, затем с помощью аналогового фильтра 18 подавляются спектральные составляющие шума, попадающие в диапазон синтезиуемых частот. Требуемый шумовой сигнал с ограни5 ченным спектром получают на выходе аналого-цифрового преобразователя 19.

Тип фильтра и требуемое от него подавление как при цифровой, так и при аналоговой реализации определяются исходя из

0 требований к уровню дискретных составляющих с учетом амплитуд спектральных составляющих синтезируемого и шумового сигналов.

Эффективность синтезатора подтверж5 дается результатами экспериментального исследования спектров одно- (фиг.7а,б) и многочастотного (фиг.7в,г) сигналов. Как следует из сравнения спектров на фиг.7а,б и 7в,г, полученное в синтезаторе по фиг.4

0 снижение уровня паразитных спектральных составляющих в диапазоне синтезируемых частот составляет примерно 15 дБ, т.е. применение данного технического решения позволило получить в многоуровневом

5 синтезаторе с 8-разрядным цифроаналого- вым преобразователем уровень дискретных составляющих/не превосходящий -60 дБ. При используемом шумовом сигнале, спектральные составляющие которого ниже амплитуды спектра синтезируемого сигнала

на 40 дБ, требуемое подавление в полосе синтезируемого сигнала составляет 35- 40 дБ.

Таким образом, использование синтезатора позволяет обеспечить уровень пара- зитных 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 разруша- ются дискретные паразитные составляющие, обусловленные не только неточностью вычислений фазы и амплитуды отсчетов синтезируемого сигнала, но и присущими процессу цифроаналогового преобразова- ния переходными процессами и глитчами. Эффективность разрушения дискретных паразитных спектральных составляющих в таком синтезаторе обусловлена также тем, что определяется она лишь свойствами вводи- мого шумового или псевдошумового сигнаКсс

ла с ограниченным спектром и не базируется на весьма спорном предположении о существенном различии в характере переходных процессов и глитчей в основном и дополнительно введенном цифроаналоговых преобразователях.

Формула изобретения Цифровой синтезатор сигналов, содержащий последовательно соединенные тактовый генератор и формирователь отсчетов синтезируемого сигнала и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения спектральной чистоты выходного сигнала, между выходом тактового генератора и входом цифроаналогового преобразователя введены последовательно соединенные формирователь шумового сигнала с ограни-, ченным спектром, сумматор кодов и регистр - памяти, тактовый вход которого подключён к вы ходу та кто во го генератора, а выход формирователя отсчетов синтезируемого сигнала соединен с вторым входом сумматора кодов.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение спектральной чистоты выходного сигнала. Цифровой синтезатор сигналов содержит тактовый генератор 1, формирователь 2 отсчетов синтезируемого 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 синтезируемого 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.

/т

U&5- - 4

фильтра

в

° 5 /Г/Т

Фиг.З

Т,

От 5л1

ц- ииртшмяпи

.ll ....l I lJllA l Cliil jjy

в

: 1ШыМ|Я;1ш11ш

ю

КблЪ

I

I

(Pue.f

Кбл.4

Фиг.6

.г