CN102739200B - 信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号发生器。该信号发生器基于与设定频率相应的数字值来输出模拟的频率信号，能够得到良好的噪声特性，而且因不需要与波形数据对应的ROM表而结构简单。对具有与设定频率相应的数字值的数字信号进行积分，生成锯齿状的波形，进而基于该波形生成三角波状的波形，并对该波形输出进行微分后，进行D/A转换并积分，针对其积分输出，使用例如以三角波的中间的电压为阈值的比较器，从该比较器得到作为目标的频率的频率信号。

Description

信号发生器

技术领域

本发明涉及用于得到频率信号的信号发生器。

背景技术

例如为了得到与系统相应的时钟信号，需要生成任意频率信号的装置。为了根据基于数字信号的频率设定信号来得到模拟的频率信号，公知有将D/A(数字/模拟转换部)和DDS(Direct Digital Synthesizers，直接数字频率合成器)组合使用的方法。DDS是将用于生成正弦波信号的数据写入ROM表(table)，当输入与设定频率对应的数字信号时，用与该输入值相应的读出模式读出地址，由此从ROM表中输出与设定频率对应的正弦波。而且，通过在D/A转换部中将该输出转换为模拟信号，能够得到作为目标信号的模拟的频率信号。

在这种情况下，为了改善所生成的信号的杂散信号(spurious signal)等噪声特性，需要提高ROM表的数据的分辨率，但是这样不仅需要较大的存储容量，还使得消耗电流增加。

在专利文献1中，记载了基于由数字数据产生的三角波来生成作为目标的频率的矩形波。在该技术中，对数字数据进行D/A转换之后，对模拟的三角波进行直线插补。进行直线插补的目的在于，与数字信号的采样定时相比，模拟的三角波与零点交叉的定时不能高精度地产生，因此将过零定时(zero-cross timing)固定为与频率相应的定时(段落0019～0023)。而且，使用比较器求得模拟的三角波的过零定时，得到输出(段落0024)。

在该专利文献1中，记载了将数字信号输入到加法器，生成与输入和时间成比例的锯齿波，然后利用三角波转换电路转换成三角波，对该三角波进行D/A转换，并对模拟的三角波进行直线插补，进一步利用规定的电压由比较器将直线插补电路的输出二值化，由此得到任意的频率信号。

然而，存在以下问题，即，为了进行直线插补而使用的采样保持 电路(sample hold)中通常需要运算放大器，当使用作为有源元件的运算放大器时，增益的变动会导致波形失真。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-206732号公报(段落0019～0024，图1) 

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种信号发生器，该信号发生器基于与设定频率相应的数字值来输出模拟的频率信号，其能够得到良好的噪声特性，而且因不需要与波形数据对应的ROM表而结构简单。

用于解决课题的手段

本发明的信号发生器，其特征在于，包括：

积分波形生成部，其被输入具有与设定频率相应的数字值的数字信号，通过对该数字值进行积分，生成组合有负值和正值的锯齿状的积分波形；

三角波生成部，其基于从该积分波形生成部输出的数字值生成由数字值形成的三角波状的波形；

微分电路部，其通过对该三角波生成部的输出进行微分，生成正值和负值反复出现的矩形波状的波形；

数字/模拟转换部，其对该微分电路部的输出进行数字/模拟转换；

积分电路部，其通过对该数字/模拟转换部的模拟输出进行积分，输出三角波状的积分波形；和

比较器，其通过对该积分电路部的输出和预先设定的阈值进行比较，输出作为比较输出的成为目标的频率的矩形波。

发明效果

根据本发明，在基于与设定频率相应的数字值来输出模拟的频率信号的信号发生器中，对具有与设定频率相应的数字值的数字信号进行积分，生成锯齿状波形，进而基于该波形生成三角波状的波形，对 该波形输出进行微分后，进行D/A转换并积分，对于其积分输出，通过比较器得到作为目标的频率的频率信号。因此，不需要在DDS中使用的与波形数据对应的ROM表，能够以简单的结构得到良好的噪声特性。

附图说明

图1是表示本发明的信号发生器的实施方式的整体结构的框图。

图2是表示积分波形生成部的电路的框图。

图3是表示积分波形生成部的动作的说明图。

图4是表示积分波形生成部的输出波形的波形图。

图5是表示三角波生成部的电路的框图。

图6是表示三角波生成部的输出波形的波形图。

图7是表示微分电路部的电路的框图。

图8是表示通过后级电路处理三角波生成部的输出信号，来得到作为目标的频率信号的状况的时序图。

附图标记说明

1    积分波形生成电路部

2    三角波生成电路部

3    微分电路部

5    积分电路

6    比较器

具体实施方式

图1是表示本发明的信号发生器的实施方式的整体结构的框图，1是积分波形生成电路部。该积分波形生成电路部1具有以数字数据将与所输入的数字值(频率数据)相应的频率的锯齿波输出的功能，如图2所示，构成为：在加法部11的后级设置有触发器电路12，触发器电路12的输出在加法部11中与输入值相加。对触发器电路12输入时钟脉冲，根据时钟脉冲的输入的定时，输出来自加法部11的输入数据。作为由被输出的数字值组决定的锯齿波的频率想要得到例如5MHz的情况下，时钟脉冲的频率例如为20MHz左右。

关于积分波形生成电路部1的动作，为了便于说明，以根据4比特的数字值进行动作的情况为例，参照图3进行说明。数字值作为“2”的补数进行处理，当作为被输入该电路部1的频率数据的输入值例如为“0001”时，加法部11对输入值进行加法运算而加法值增加，但是当加法值成为“0111”且接着输入“0001”时，则变成“1000”，十进制变成负值。因此，被输入触发器电路12的时钟脉冲的脉冲编号(为了便于说明而使用的编号)、频率数据(输入值)和输出值的关系如图3所示，输出波形如图4所示为作为输入值的积分波形的锯齿波。而且，该锯齿波的频率根据作为被设定的频率数据的输入值来决定，因此该频率数据如后述那样成为决定信号发生器的设定频率的数据。此外，虽然以积分波形生成电路部1的数字信号为4比特进行说明，但是实际中例如能够使用32比特的信号。

在积分波形生成电路部1的后级设置有三角波生成电路部2。该三角波生成电路部2用于将被输入的锯齿波转换为三角波，例如按照图5(a)所示那样构成。绝对值计算部21是删除被输入的比特信号(数字信号)的MSB(Most Significant Bit：最高有效位)，并求取删除MSB的下位比特的绝对值的电路。正负判别部22为所述数字信号的MSB为“0”时输出1，所述数字信号的MSB为“1”时输出-1的电路部。乘法部23是将由绝对值计算部21求取的数字信号的绝对值和从正负判别部22输出的输出值求积的电路部。

因此，输入的比特信号的MSB如果是“0”，则由正负判别部22输出“1”，对删除比特信号的MSB的下位比特的绝对值乘以“1”所得的值从乘法部23输出。此外，如果输入的数字值为负的值(MSB为“1”时)，则由正负判别部22输出“-1”，对删除比特信号的MSB的下位比特的绝对值乘以“-1”所得的值从乘法部23输出。

利用图5(a)的电路部，积分波形生成电路1的输出从“0000”到“0100”(参照图3)，十进制从0开始每次增加1。并且，“0101”如果删除MSB则成为“101”，2的补数中的该值的绝对值为3。因此，当超过“0100”时，十进制从4开始每次减少1，得到图6所示的三角波。

图5(b)是将图5(a)的框图具体化的电路的一例。211是对于被输入的比特信号削除MSB并输出的电路，212、221是判定MSB为1/0的电路，214、222是选择电路，如果选择信号是“0”，则将被输入到“0”一侧的输入端的信号输出，如果选择信号是“1”，则将被输入到“1”一侧的输入端的信号输出，213、215是与“-1”进行乘法运算的乘法部。

此外，作为数字数据并不局限于2的补数。而且，将锯齿波转变为三角波的方法也不局限于上述的方法。三角波生成电路部2也可以构成为将输入的锯齿波中正的区域反转成负值，或者也可以构成为将负的区域反转成正值。

在三角波生成电路部2的后级设置有微分电路部3。如图7所示，微分电路部3在延迟电路部30的后级设置有加法部32，从被输入到微分电路部3的输入值减去例如相比于该输入值为前1个定时的输入值、即由延迟电路部30在前一个时钟保持的输入值，并输出其差值。

图8(a)是由三角波生成电路部2生成的三角波，因为是数字数据，所以对应于动作时钟成为阶梯状波形。因此，通过对该三角波进行微分，如图8(b)所示，能够得到占空比为50％的矩形波，该矩形波由正值和负值分别与三角波的上升区域和下降区域对应地交替出现的数字值构成。

在微分电路部3的后级设置有D/A转换部4和积分电路5，从微分电路部3输出的矩形波被进行D/A转换。积分电路5对模拟的矩形波进行积分，如图8(c)所示生成三角波。

在积分电路5的后级设置有比较器6，该比较器6的阈值(电压)被设定为上述三角波的信号电平的例如中点的电压。由于知道微分电路部3的输出电平和频率，因此知道上述中点的电压。从而，比较器6的输出，在三角波的电压超过阈值的期间成为导通(on)，输出规定的直流电压，当三角波的电压在阈值以下时成为断开(off)，输出电压电平为0。因此，从比较器6输出占空比为50％的矩形波。此外，比较器6的阈值不限于设定为三角波的信号电平的中点的电压，根据作为目标的矩形波的占空比来决定。

综上所述，对实施方式的作用进行说明，首先通过未图示的设定部设定与要从信号发生器得到的目标的频率对应的频率数据，输入到积分波形生成电路部1。在积分波形生成电路部1，如上述那样生成与该频率数据相应的频率的锯齿波，接着，如上述那样将该锯齿波的负的区域反转成正值，或者相反地将正的区域反转成负值，由此生成三角波。

然后，对该三角波进行微分，并对其微分输出进行D/A转换之后，能够通过积分，得到从由图8(a)所示的阶梯状的线形成的三角波去除阶梯状部分后所成的三角波(参照图8(c))。进而，通过将该三角波输入到比较器6，得到矩形波。上述微分输出是与频率数据相应的频率、占空比为50％的输出，因此从比较器6得到的矩形波成为目标的频率例如为5MHz的脉冲信号。

这样，根据上述实施方式，具有如下效果。

不需要DDS中使用的、写入有用于生成正弦波信号的数据的ROM表，能够使得电路规模较小，结构简单，并且实现耗电减少。

既具有数字信号处理的特征、即精细化且能够进行精读高的调整，又具有模拟电路的特征、即能够忽略量子化噪声。

另外，对D/A转换值进行积分来生成三角波，并且作为积分电路5能够由电阻元件、电容器等被动元件构成，因此与上述的专利文献1的方法相比能够得到波形失真少且噪声低的信号。

Claims (2)

1.一种信号发生器，其特征在于，包括：

积分波形生成部，其被输入具有与设定频率相应的数字值的数字信号，通过对该数字值进行积分，生成组合有负值和正值的锯齿状的积分波形；

三角波生成部，其基于从该积分波形生成部输出的数字值生成三角波状的波形；

延迟电路，其将从该三角波生成部输出的数字值在相比于被输入的定时的后一个时钟进行输出；

加法部，其被设置在所述延迟电路的后级，从被输入到所述延迟电路的数字值减去从该延迟电路输出的数字值并输出其差值；

数字/模拟转换部，其对所述加法部的输出进行数字/模拟转换；

积分电路部，其通过对该数字/模拟转换部的模拟输出进行积分，输出三角波状的积分波形；和

比较器，其通过对该积分电路部的输出和预先设定的阈值进行比较，输出作为比较输出的成为目标的频率的矩形波。

2.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于：

所述与设定频率相应的数字值为2的补数，

所述三角波生成部具备：

求取从所述积分波形生成部输出的数字信号的删除MSB之后的绝对值的电路部；和

当所述数字信号的MSB为0时，将所述绝对值乘以1，当MSB为1时将所述绝对值乘以-1的电路部。