Цифровой синтезатор сигналов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ г ЕСПУБЛИК

09) (! !) (s!)s Н 03 В 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЩФ (21) 4786423/09 (22) 26.01.90 (46) 15.03.92. Бюл. f4 10 (71) Московский институт связи (72) В.П. Будишов и В.H. Кочемасов (53) 621.373.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

Лй 1363423, кл. Н 03 В 19/00, 26.05.86.

Тирней и др. Цифровые синтезаторы частоты. — Зарубежная радиоэлектроника. 1972, М 3, с. 57 — 61. (54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике.

Цель изобретения — повышение спектральной чистоты выходного сигнала. Цифровой 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 s диапазон синтезируемых частот. 7 ил., б

1720142

10

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 Toro, 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

K 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 рандомиэируются 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 ха25

55 рактеристики аналогового коммутатора и недостаточной развязкой между его входами.

На фиг.1 изображены фрагменты цифровых сигналов на разных стадиях формирования ("а" — отсчеты синтеэируемого сигнала К, "б" — отсчеты шумового (псевдошумового) сигнала Кш с подавленными спектральными составляющими; "в" — результирующий суммарный сигнал Kqyy, 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.5а, б — примеры выполнения формирователя отсчетов синтезируемого сигнала; на фиг.ба.б— примеры реализации формирователя шумового сигнала с ограниченным спектром; на фиг.7а-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 6, фильтр 7 нижних частот.

Формирователь 2 отсчетов синтезируемого сигнала (фиг.5а) содержит формирователь 8 кода фазы и преобразователь 9 кода, Во втором случае (фиг,5б) в устройство входят формирователь 10 кода фазы, N 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 вЂ” в аналоговый выходной сигнал.

1720142

В технике синтеза частот известен ряд технических решений, в которых посредст вом введения шума в младший из используемых для обращения к формирователю отсчетов синтезируемого сигнала разряд кода фазы К или в младший из используемых для обращения к цифроаналоговому преобразователю разряд кода отсчетов К с 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 черезмерно большой. Для исключения этого отрицательного эффекта в преднамеренно вводимом шумовом сигнале подавляют (фильтруют) те составляющие спектра, которые попадают в диапазон синтезируемых частот (фиг.2б, Зб), 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.1а). Эти отсчеты в каждом такте суммируются с шумовым сигналом (фиг.1б), 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.1в) подается нэ регистр 5 памяти и далее на цифроаналоговый преобразователь 6 и фильтр 7 нижних частот, в котором до необходимого уровня подавляются спектральные составляющие, обусловлен5 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 с ограниченным спектром может быть реализован различными способами (фиг.ба,б), На фиг.6а показан пример выполнения фор20 мирователя 3 на основе генератора 15 случайных чисел, спектральные составляющие которых находятся в диапазоне частот 0 — 0,5

fT(fT — входная частота тактового генератора), и цифрового фильтра 16, обеспе25 чивающего подавление спектральных составляющих 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 с помощью аналогового фильтра 18 подав1яются спектральные составляющие шума, попадающие в диапазон синтезиуемых частот. Требуемый шумовой сигнал с ограни35 ченным спектром получают нэ выходе аналого-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 подтверж45 дается результатами экспериментального исследования спектров одно- (фиг,7а,б} и многочастотного (фиг.7в,г) сигналов, Как следует из сравнения спектров нэ фиг.7а,б и 7в,г, полученное в синтезаторе по фиг.4

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

55 синтезаторе с 8-разрядным цифроаналоговым преобразователем уровень дискретных составляющих, не превосходящий -60 дБ.

При используемом шумовом сигнале, спектральные составляющие которого ниже амплитуды спектра синтезируемого сигнала

1720142 а

Ксум; в ññ

0,5 f

У т 5, б — — 0,5ф в У фелътра

0,5

ЧХ аильтра

,!! 11 11!) 1,ф на 40 дБ, требуемое подавление в полосе синтезируемого сигнала составляет 3540 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 основ5 ном и дополнительно введенном цифроаналоговых преобразователях.

Формула изобретения

Цифровой синтезатор сигналов, содер10 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 ю15 шийся тем, что, с целью повышения спектральной 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 ситна25 ла соединен с вторым входом сумматора кодов.

1720142 фОГ 7

Составитель В. Кочемасов

Редактор А, Маковская Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова г

Заказ 776 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101