SE506694C2 - Anordning och förfarande för reducering av oönskade frekvenskomponenter vid digital frekvensgenerering - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 506 694 2 klockfrekvensen till räknaren. För att lösa detta problem kan man i en DDS utnyttja en s.k. fasackumulator för att generera adressen till uppslagstabellen. Inparametrarna till en sådan DDS är ett frekvensstyrord, som kan genereras av en digital processor, samt systemets klockfrekvens.

En fasackumulator innefattar ett register och en digital adderare med en hållkrets på utgången. Hållkretsen adresse- rar uppslagstabellen samt återkopplas till en av adderarens ingångar. Till den andra av adderarens ingångar kopplas anordningens frekvensstyrord. Fasackumulatorn roterar en vektor runt en fascirkel i diskreta steg med en konstant klockhastighet. Frekvensstyrordet bestämmer storleken hos det steg med vilket fasackumulatorns summa ökas. Storleken hos stegen bestämmer vågformens frekvens enligt ekvationen FO = M * Fc/zN där FO är utsignalens frekvens, M är storleken på frekvens- hoppet lagrat i registret, Fc är klockfrekvensen samt N är antalet bitar i fasackumulatorn.

Vid den beskrivna DDS-anordningen bestäms både frekvens- och fasupplösningen av ordlängden i fasackumulatorn. Om en fin upplösning önskas krävs många bitar i fasackumulatorn.

En fasackumulator med exempelvis 8 bitars upplösning ger 256 diskreta fassteg.

Vid en analys av utsignalens spektrum ges att denna innehåller tre huvudsakliga källor till distorsion. Den första källan, EP, beror på trunkering av fasackumulatorns bitar innan adressering av uppslagstabellen sker. Den andra källan till distorsion, ET, beror på den ändliga ordlängden av kurvformen som är lagrad i uppslagstabellen. Den tredje källan till distorsion, EDA, beror på brus i digital- 10 15 20 25 30 35 506 694 3 analog-omvandlingen. Den första felkällan, EP, är den allvarligaste eftersom den är en exponentiell funktion av uppslagstabellens adresslängd. En analys visar att ut- signalen består av en sinussignal med önskad frekvens samt en cosinussignal modulerad med en felsekvens EP(n) som beror av den ovannämnda felkällan EP. Denna felsekvens har ett repetitivt förlopp vilket gör att utsignalens spektrum förutom den önskade frekvensen även innehåller oönskade frekvenskomponenter, s.k. spuriouser, som fås på distinkta frekvenser. Ett diagram över spektrumet (d.v.s. sambandet mellan frekvens och uteffekt) hos utsignalen från en sådan DDS visas i figur 1. Härav framgår att spuriouser uppkommer på distinkta frekvenser i spektrumet.

Genom US 5014231 är det förut känt en anordning för reducering av oönskade spuriouser i samband med en DDS.

Härvid alstras slumptal som adderas till ordet i en upp- slagstabell, vilket leder till att spuriouserna fördelas slumpmässigt över hela frekvensspektrat.

Genonn US 4951237 är' det vidare känt en anordning för reducering av spuriouser genom introducering av en "offset" till frekvensordet till en ackumulator.

REDQGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN= Ett huvudändamål med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad metod och anordning i samband med en s.k. "direct digital synthesizer" (DDS), för eliminering av oönskade frekvenskomponenter i form av spuriouser på distinkta frekvenser. Detta uppnås genom en anordning av i inledningen nämnt slag, vars särdrag framgår av den känne- tecknande delen i patentkrav l.

Uppfinningen baseras på principen att en pseudo-slumpmässig kod genereras, med vars hjälp den ingângskod som motsvarar en önskad frekvens kan moduleras. Enligt uppfinningen 10 15 20 25 30 35 506 694 4 återskapas, i en beräkningsenhet, en kod som representerar nämnda ingångskod. Återskapandet av ingångskoden sker på så vis att den pseudo-slumpmässiga koden inte påverkar den önskade frekvensen.

Genom att utnyttja en första och en andra fasackumulator till vilka ansluts signaler som utgörs av summan respektive differensen av en ingångskod och en slumpkod, uppnås att den felsekvens som föreligger hos utsignalen inte blir periodisk utan av slumpmässig art. Härigenom kan oönskade frekvenskomponenter reduceras kraftigt.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till de bifogade figurerna, där Figur 1 visar ett spektrum för en konventionell DDS, Figur 2 visar i schematisk form en anordning enligt den föreliggande uppfinningen, och Figur 3 visar ett spektrum för anordningen enligt upp- finningen.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM= I figur 2 visas i form av ett blocksschema en anordning enligt den föreliggande uppfinningen. Enligt en föredragen utföringsform innefattar anordningen en kodgenerator 1 för generering av en pseudo-slumpmässig kod P. Denna pseudokod P adderas till ett önskat frekvensord F i en adderare 2, varvid det bildas en utsignal Fkl = F -+ P. Vidare sub- traheras pseudokoden P från frekvensordet F :L en. sub- traherare 3. Härigenom bildas ytterligare en utsignal Fä = F - P. Utsignalen Ffl från adderaren 2 levereras till ingången hos en första fasackumulator 4, medan utsignalen 10 15' 20 25 30 35 3506 694 5 Frz från subtraheraren 3 levereras till ingången hos en andra fasackumulator 5.

Utsignalen från den första fasackumulatorn 4 påförs en första uppslagstabell 6, d.v.s. ett minne, som förutom en cosinusvåg även innefattar en sinusvåg, d.v.s. cosinusvågen 90° fasförskjuten. Dessa två kurvor kan ses som real- respektive imaginärdelen hörande till cosinusvâgen.

Utgångssignalerna från den första uppslagstabellen 6 utgörs av en realdel cosl och en imaginärdel sinl. På motsvarande vis levereras utsignalen från den andra fasackumulatorn 5 till en andra uppslagstabell 7 av motsvarande slag som den första uppslagstabellen 6. Utgångssignalerna från den andra uppslagstabellen 7 utgörs på motsvarande vis av en realdel cosz och en imaginärdel sinz.

De fyra utgångssignalerna cosl, sinl, cosz och sinz från uppslagstabellerna 6, 7 levereras till en komplex multi- plikator 8 som utför operationen (a1+J'b1)(a2+J'b2) = a1a2°b1b2+i(a1b2*a2b1) där al = cos(Fr1)', bl = sin(Fr1), az = cos(Fr2) och b2 = Sin(Fr2).

Från den komplexa multíplikatorn 8 utnyttjas bara realdelen R, vilken kan skrivas R cos(Fr1)cos(F[2) sin(Fr1)sin(Fr2) l/2[cos(Fr1-Fr2) + cos(Fr1+Fr2) - l/2[cos(Fr1-Fr2) cos(Fr1+Fr2) = cos(Fr1+Fr2) Eftersom Frl = F+P och Frz = F-P fås R = cos(Fr1+Fr2) = cos(F+P+F-P) = cos(2F) 506 694 10 15 20 25 30 35 6 Således erhålles den sökta frekvensen genom ur ett lämpligt val av F. Utsignalen från den komplexa multiplikatorn matas slutligen till en digital-analog-omvandlare 9, för genere- ring av en utgående analog vågform.

Som synes påverkar inte pseudokoden P utfrekvensen, utan ger i stället ett slumpmässigt bidrag till frekvensordet F i form av orden Ffl_och Fa).

I figur 3 visas ett diagram över ett spektrum (uteffekten som funktion av frekvensen) för utgångssignalen enligt den föreliggande uppfinningen. Hos konventionella DDS-anord- ningar föreligger ett problem genom att fasackumulatorn ges samma ingångsdata gång på gång, vilket gör att utsignalen moduleras med, en periodisk felsekvens. Med anordningen enligt uppfinningen ändras indata till fasackumulatorerna 4, 5 varje klockpuls genom att man utnyttjar den pseudo- slumpmässiga koden P. Detta gör att felsekvensen hos utsignalen inte blir periodisk utan av slumpmässig art, vilket visas i figur 3.

För att ytterligare reducera spuriouserna, vilka kan uppstå soul en följd av kvantiseringsfel p.g.a. trunkering av antalet bitar till digital-analog-omvandlaren 9, kan enligt en tänkbar variant av uppfinningen en bruskomponent i form av ett likformigt fördelat slumptal S läggas in i den ena uppslagstabellen 6. Om man således ersätter komponenten a1=cos(Ffl) enligt ovan med S+cos(Ffl) fås (S+cos(Fd))cos(Fü) - sin(Ffl)sin(Fü) = Rnoise Scos(Fü) + cos(Ffl)cos(Fü) - sin(Ffl)sin(Fü)= H Scos(Fr2) + cos(Fr1+Fr2) Således inses att till signalen R kommer att adderas den extra termen Scos(F¿), vilken väljes slumpmässig både till 506 694 7 frekvens och amplitud. Detta resulterar i ett tillskott i brus som i hög utsträckning ytterligare kommer att minska inverkan av oönskade spuriouser.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan angivna utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan olika slags algoritmer utnyttjas för att generera ett bidrag till ingångskoden F.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 506 694 PATENTKRAV:

1. Anordning för reducering av oönskade frekvenskomponenter vid digital frekvensgenerering, innefattande en ackumula- toranordning (4, 5) för generering av utgångssignaler i beroende av en ingångskod (F) sonn motsvarar en önskad frekvens, varvid ackumulatoranordningen (4, 5) är ansluten till åtminstone en minnesenhet (6, 7) som innefattar koder motsvarande vågformer, samt innefattande en generator (1) för generering av en slumpkod (P) och en digital-analog- omvandlare (9) för generering av analoga vågformer, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att den innefattar moduleringsmedel (2, 3) för generering av en första modulerad signal (Fd) som utgörs av summan av ingångskoden (F) och slumpkoden (P) samt för generering av en andra modulerad signal (Fa) som utgörs av differensen mellan ingångskoden (F) och slumpkoden (P), samt en beräknings- enhet (8) för återskapande av en kod som representerar nämnda ingångskod (F).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda ackumulatoranordning (4, 5) in- nefattar en första fasackumulator (4) till vilken nämnda första modulerade signal (Ffl) är ansluten, samt en andra fasackumulator (5) till vilken den andra modulerade signalen (Fd) är ansluten.

3. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda minnesenhet (6, 7) innefattar en cosinus- och en sinus-tabell. 10 15 20 25 506 694 9

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda beräknings- enhet (8) innefattar en komplex multiplikator (8) vilken är anordnad mellan nämnda minnesenhet (6, 7) och nämnda digital-analog-omvandlare (9).

5. Förfarande för reducering av oönskade frekvenskomponen- ter vid digital frekvensgenerering, varvid en ingångskod (F) motsvarande en önskad frekvens genereras och matas till en ackumulatoranordning (4, 5) samt en utgångskod från ackumulatoranordningen (4, 5) matas till en.minnesenhet (6, 7) innehållande koder motsvarande vågformer, samt varvid en slumpkod (P) genereras och en analog vågform av önskad frekvens genereras i en digital-analog-omvandlare (9), k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att en första signal (Ffl) som utgörs av summan av ingångskoden (F) och slump- koden (P) samt en andra signal (Ffl) som utgörs av diffe- rensen mellan ingångskoden (F) och slumpkoden (P) genere- ras, att nämnda ackumulatoranordning (4, 5) matas med nämnda första och andra signal (Fd, Fa) samt att ingångs- koden (F) återskapas ur den av minnesenheten (6, 7) levererade signalen.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda ingångskod (F) återskapas genom en komplex multiplikation av signaler från nämnda minnesenhet (5, 7)-