CN101611541A - 正弦波生成电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正弦波生成电路。包括系数ROM(1)，相对一个所希望频率存储两种系数，所述系数表示与所希望频率及采样频率相对应的角频率；累加运算部(2)，当累加值不超过阈值时使用一方的系数，当累加值超过阈值时使用另一方的系数，通过对每个采样频率把在系数ROM(1)中存储的系数值顺序地相加，求取每个采样点的角频率；CORDIC(3)，通过计算与由累加运算部(2)求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波的振幅，生成所希望频率的正弦波信号，能够根据仅仅两种系数，按照数字运算，生成所希望频率的正弦波信号。

Description

正弦波生成电路

技术领域

本发明涉及一种正弦波生成电路，更具体地说，适合用于使用在存储器中存储的系数以数字方式生成正弦波的电路。

背景技术

一般情况下，以无线通信装置为代表的各种各样的电子机器大多在信号处理时利用正弦波。例如，用于FM(频率调制)广播的FM立体声方式的频率调制的情况下，以左右的差信号对38kHz的副载波进行平衡调制，向超过19kHz的频带转换。然后，把其调制的信号和19kHz的导频信号叠加到右左的和信号，进行频率调制。在此所利用的38kHz的副载波信号及19kHz的导频信号均为正弦波的信号。

多数的情况下，这些副载波信号及导频信号通过对基准频率的信号分频生成(例如，参照专利文献1)。在该专利文献1中，通过利用分频器对石英晶体振荡器生成的76kHz的基准信号进行1/2分频，生成38kHz的副载波信号。进一步，通过对该副载波信号进行1/2分频，生成19kHz的导频信号。

而且，还存在如下的技术，即，使用在ROM中存储的正弦波的查找表(Lookup Table)以数字方式生成正弦波(生成正弦波数字数据)(例如，参照专利文献2～4)。

专利文献1：特开平9-321720号公报

专利文献2：特开平5-283937号公报

专利文献3：特开平9-186588号公报

专利文献4：特开平11-88056号公报

在如上述专利文献1那样的通过分频生成正弦波的情况下，能够生成的频率受成为基准的石英晶体振荡器频率的限制。与此相对，在如上述专利文献2～4那样的以数字方式生成正弦波的情况下，通过适当地设定在ROM中存储的表值，理论上能够生成任何频率的正弦波。

但是，在使用查找表的以往技术中，存在如下问题，即，ROM所要存储的数据量变多，则硬件规模变大。例如，在把采样频率设为240kHz简单生成19kHz的导频信号的情况下，作为查找表，必需240×19＝4560个表值，所要准备的ROM容量变得非常大。

而且，仅仅准备与正弦波的0°～90°相对应的表值，在90°～180°的范围则相对于Y轴对称地翻折，在180°～270°的范围则相对于X轴和Y轴对称地翻折，在270°～360°的范围则相对于X轴对称地翻折，由此，能够以1/4的数据量生成360°程度的正弦波。但是，即使在此情况下仍必需1140个表值，所要准备的ROM的容量变大。

发明内容

为了解决这样的问题而作出本发明，本发明的目的是能够以小的ROM容量以数字方式生成正弦波。

为了解决上述问题，在本发明中，配备有：系数存储器，相对一个所希望频率存储两种系数，所述系数表示与所希望频率及采样频率相对应的角频率；累加运算部，当累加值不超过阈值时使用一方的系数，当累加值超过阈值时使用另一方的系数，通过对每个采样频率把在系数存储器中存储的系数值顺序地相加，求每个采样点的角频率；三角函数运算部，通过计算与由累加运算部求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波的振幅，生成所希望频率的正弦波信号。

在本发明的其它实施方式中，三角函数运算部配置为通过计算与由累加运算部求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波及余弦波的振幅，生成所希望频率的正弦波信号及余弦波信号；还配备有运算部，利用三角函数运算部输出的正弦波信号和余弦波信号，按照三角函数的n倍角的公式，生成所希望频率的n倍频率的正弦波信号。

按照如上所述而构成的本发明，能够根据仅仅两种系数按照数字运算生成所希望频率的正弦波信号。由此，与通过查找表生成所希望频率的正弦波信号场合相比，能够显著地减小系数ROM的容量，能够减小硬件规模。

又，按照本发明的其它特征，使用根据仅仅两种系数按照数字运算而求得的所希望频率的正弦波信号，通过仅仅执行三角函数的n倍角的运算，能够简单地求取所希望频率的n倍频率的正弦波信号。由此，与通过查找表生成n倍频率的正弦波信号场合相比，能够显著地减小系数ROM的容量，能够减小硬件规模。

附图说明

图1是示出按照第一实施例的正弦波生成电路的结构例子的图。

图2是示出按照第一、第二实施例的累加运算部的操作例子的图。

图3是示出按照第二实施例的正弦波生成电路的结构例子的图。

具体实施方式

[第一实施例]

下面，基于附图说明本发明的一个实施例。图1是示出按照第一实施例的正弦波生成电路的结构例子的图。如图1所示，按照第一实施例的正弦波生成电路配备有：系数ROM 1、累加运算部2、及CORDIC(坐标旋转数字计算机)3。针对累加运算部2所具有的积分器12及CORDIC 3的启动脉冲按照采样频率fs的间隔输入。

系数ROM 1相应于本发明的系数存储器，针对一个所希望频率f存储两种系数，所述系数表示与所希望频率f(所求的正弦波信号的频率)及采样频率fs(fs＞2f，优选fs＞＞2f)相对应的角频率。两种系数之中，一方的系数表示为2fπ/fs，另一方的系数表示为(2f-fs)π/fs。在本实施例中，设所求的正弦波信号为导频信号，其频率f为19kHz，采样频率fs为240kHz。

累加运算部2针对每个采样频率fs把在系数ROM 1中存储的系数值顺序地相加，求角频率的累加值。该累加运算部2在存储在系数ROM 1中的两种系数之中，当累加值不超过阈值时使用一方的系数{2fπ/fs}，当累加值超过阈值时使用另一方的系数{(2f-fs)π/fs}，通过针对每个采样频率fs把在系数ROM 1中存储的系数值顺序地相加，求每个采样点的角频率。

该累加运算部2构成为配备有选择器11、积分器12、及比较器13。选择器11选择在系数ROM 1中存储的两种系数中的任何一种，输出至积分器12。积分器12通过把选择器11供给的系数顺序地相加，求角频率的累加值。所求得的累加值输出至CORDIC 3及比较器13。

比较器13比较由积分器12供给的角频率的累加值和预定阈值的大小，把与其比较结果相对应的信号输出至选择器11的控制端子。在此，设预定阈值为(fs-4f)π/2fs(其中，fs＞4f)。当表示积分器12供给的角频率的累加值在上述阈值以下的比较信号由比较器13供给时，选择器11选择一方的系数{2fπ/fs}。而且，当表示累加值比阈值大的比较信号由比较器13供给时，选择另一方的系数{(2f-fs)π/fs}。

图2是示出如上所述而构成的累加运算部2的操作例子的图。而且，图2(a)是为了参照而图示的19kHz的模拟的导频信号，图2(b)示出累加运算部2的操作例子。图2(a)中，黑圆圈表示各个采样点。在19kHz的情况下，模拟导频信号中的采样点的振幅值以19个波形为1周期(1周期为1m秒)恢复到相同的值。

由于累加运算部2针对每个采样频率fs把一方的系数{2fπ/fs}顺序地相加，因此，如图2(b)那样，角频率的累加值以一定的比率逐渐变大。然后，如果其累加值超过预定阈值{(fs-4f)π/2fs}，则由选择器11把相加的值切换到另一方的系数{(2f-fs)π/fs}。

在此，f＝19kHz，fs＝240kHz，采样频率fs与所希望频率f相比充分地大(2f＜＜fs)。因此，另一方的系数为负值，其绝对值也与上述阈值相比充分地大。因此，通过把该另一方的系数{(2f-fs)π/fs}相加，如图2(b)所示，累加值突然掉落到小值。其后，由于一方的系数{2fπ/fs}再次顺序地相加，因而累加值再次上升。如果19次重复这样的操作，则恢复到与19个之前的关于采样点的累加值相同的值。

CORDIC 3相应于本发明的三角函数运算部，通过计算与由累加运算部2所求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波的振幅，生成所希望频率的正弦波信号(19kHz的导频信号)。这相当于根据如图2(b)那样的波形数据生成图2(a)那样的波形的正弦波信号。

CORDIC 3能够按照通过诸如三角函数、乘法、除法等的初等函数运算实现2维矢量的平面旋转的算法，通过反复执行基于移位、加减法、从表中读出常数的运算，得到三角函数的值。例如，如果以x轴上的点P₀(1，0)为基准点，求旋转了与某采样点的角频率相应的程度的点P(x，y)的坐标，则能够把其y坐标作为与该角频率相对应的sin函数的值，即所求的正弦波信号的振幅而得到。如果关于各个采样点执行该运算，则能够生成如图2(a)那样的波形的正弦波信号。

如以上所详细说明那样，根据第一实施例，能够仅仅根据在系数ROM 1中存储的两种系数，通过数字运算生成基于19kHz的正弦波的导频信号。由此，与以往那样通过查找表生成所希望频率的正弦波信号的情况相比较，能够显著减小系数ROM 1的容量，能够减小硬件规模。

[第二实施例]

下面，关于本发明的第二实施例进行说明。图3是示出按照第二实施例的正弦波生成电路的结构例子的图。在此图3中，标以与图1所示标号相同的部分具有相同的功能，因此，在此省略重复的说明。如图3所示，按照第二实施例的正弦波生成电路配备有：系数ROM 1、累加运算部2、CORDIC 4、乘法器5、及D型触发器(DFF)6。

CORDIC 4通过计算与累加运算部2所求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波及余弦波的振幅，生成19kHz的正弦波信号(sinf)及余弦波信号(cosf)。乘法器5相应于本发明的运算部，利用由CORDIC 4输出的正弦波信号和余弦波信号，根据三角函数的n倍角(n为2以上的整数)的公式，生成19kHz的n倍频率的正弦波信号。

在此，生成2倍频率的正弦波信号(sin2f)及3倍频率的正弦波信号(sin3f)。38kHz的正弦波信号例如作为FM立体声调制的副载波信号使用。例如，在具备对再现的声音信号进行FM立体声调制并无线传送的发射器功能的电子机器的情况下，使用19kHz的导频信号和38kHz的副载波信号。

而且，57kHz的正弦波信号例如作为RDS(无线电数据系统)的副载波信号使用。在RDS中，通过将数据载于FM无线电广播的信号分发，在接收其的电子机器中，能够在显示器显示所听的乐曲的名称及艺术家名、无线电台的信息等。近年的电子机器的多功能化有进步，考虑向一个电子机器(例如，移动电话机)安装诸如RDS、FM立体声调制等的各种功能。在此情况下，19kHz的导频信号、38kHz的副载波信号、及57kHz的副载波信号全部使用。

D型触发器6使19kHz的导频信号(sinf)、38kHz的副载波信号(sin2f)、及57kHz的副载波信号(sin3f)的时序一致以输出。

如以上所详细说明那样，按照第二实施例，能够仅仅根据在系数ROM 1中存储的两种系数，通过数字运算，生成19kHz的导频信号、38kHz的立体声副载波信号、及57kHz的RDS副载波信号。在此，使用根据仅仅两种系数按照数字运算而求得的所希望频率的正弦波信号，通过仅仅执行三角函数的n倍角的运算，能够简单地求n倍频率的正弦波信号。由此，与通过查找表生成所希望频率及其n倍频率的正弦波信号的情况相比，能够显著地减小系数ROM 1的容量，能够减小硬件规模。

在上述第一及第二实施例中，关于设f＝19kHz，fs＝240kHz的例子进行说明，然而这不过是单纯一个例子。通过改变f、fs的值，能够通过数字运算简单地求任意频率的正弦波信号。

又，由于一个所希望频率的正弦波信号能够根据两个系数求得，因此m个(m为2以上的整数)所希望频率的正弦波信号能够根据2m个系数求得。例如，如果准备{2f₁π/fs}、{(2f₁-fs)π/fs}两种系数，以求某所希望频率f₁的正弦波信号，准备{2f₂π/fs}、{(2f₂-fs)π/fs}两种系数，以求另一所希望频率f₂的正弦波信号，则能够根据这四种系数生成两个所希望频率f₁和f₂的正弦波信号。

又，在上述第一及第二实施例中，关于使用系数ROM 1的系数生成正弦波信号的例子进行说明，然而无需说明的是，能够通过同样的处理生成余弦波信号。

此外，上述第一及第二实施例的任意一个仅仅是示出适合于实施本发明的具体化的示例，而非据此来对本发明的技术上的范围进行限定性的解释。即，在不脱离本发明的精神或主旨的情况下，本发明能够以各种各样的形式实施。

下面说明产业上的可利用性。

本发明的正弦波生成电路能够广泛用于使用正弦波信号执行处理的电路及机器。振荡器、频率合成器、无线电接收机、FM发射器、电子乐器等是其例子。

Claims (4)

1.一种正弦波生成电路，以数字方式生成所希望频率的正弦波信号，包括：

系数存储器，相对一个所希望频率存储两种系数，所述系数表示与所述所希望频率及采样频率相对应的角频率；

累加运算部，在所述两种系数之中，当累加值不超过阈值时使用一方的系数，当累加值超过所述阈值时使用另一方的系数，通过对每个所述采样频率把存储在所述系数存储器中的系数值顺序地相加，求取每个采样点的角频率；以及

三角函数运算部，通过计算与由所述累加运算部求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波的振幅，生成所述所希望频率的正弦波信号。

2.按照权利要求1所述的正弦波生成电路，其特征在于：

所述三角函数运算部配置为通过计算与由所述累加运算部求得的每个采样点的角频率相对应的正弦波及余弦波的振幅，生成所述所希望频率的正弦波信号及余弦波信号；以及

所述正弦波生成电路还包括运算部，利用所述三角函数运算部输出的正弦波信号和余弦波信号，按照三角函数的n倍角的公式，生成所述所希望频率的n倍频率的正弦波信号。

3.按照权利要求1或2所述的正弦波生成电路，其特征在于：

所述所希望频率为f，所述采样频率为fs(fs＞2f)，所述一方的系数表示为2fπ/fs，所述另一方的系数表示为(2f-fs)π/fs。

4.按照权利要求3所述的正弦波生成电路，其特征在于：

所述阈值表示为(fs-4f)π/2fs(其中，fs＞4f)。

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