CN107291148A - 正弦波发生装置 - Google Patents

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李海
郑忠华
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    • G06F1/03—Digital function generators working, at least partly, by table look-up
    • G06F1/0321—Waveform generators, i.e. devices for generating periodical functions of time, e.g. direct digital synthesizers
    • G06F1/0328—Waveform generators, i.e. devices for generating periodical functions of time, e.g. direct digital synthesizers in which the phase increment is adjustable, e.g. by using an adder-accumulator

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Abstract

本发明提供了一种正弦波发生装置，包括：第一分频器，输入时钟信号，进行不同比例的分频后输出多个分频信号；多路选择器，输入该多个分频信号，且根据第一控制字选择其中一个目标分频信号输出；第二分频器，输入该目标分频信号，且以第二控制字作为分频系数产生地址时钟信号；存储器，储存正弦波的量化振幅值；以及地址计数器，输入该地址时钟信号，且在该地址时钟信号的控制下产生地址信号，从该存储器索引正弦波的量化振幅值而产生正弦波。

Description

正弦波发生装置
技术领域
本发明主要涉及数字频率合成器，尤其涉及一种正弦波发生装置。
背景技术
直接数字频率合成器(DDS)用于产生自动测试设备、软件无线电、医学影像和其他应用所需要的正弦波及其派生波。
图1显示一个现有的DDS的正弦波发生装置的原理图，参考图1所示，将正弦波的例如一个周期的量化振幅值储存在一个查找表(Look Up Table,LUT)中，使用计数器的高位输出对其进行索引。在图1中，假设计数器长度L有29位，取计数器的高8位用作查找表的地址。参数E可控制计数器最低的E位是否使用，参数M可控制计数器的累加步进值。这样，计数器的有效长度Le＝L-E。最后生成的正弦波的频率：
其中Fs为系统时钟频率。
但是，现有的DDS的正弦波发生装置中，E处于指数位置，M处于分子位置，这两个参数变化产生的频率步进比较大，频率精度有待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种正弦波发生装置，可以提供更高的频率精度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种正弦波发生装置，包括：第一分频器，输入时钟信号，进行不同比例的分频后输出多个分频信号；多路选择器，输入该多个分频信号，且根据第一控制字选择其中一个目标分频信号输出；第二分频器，输入该目标分频信号，且以第二控制字作为分频系数产生地址时钟信号；存储器，储存正弦波的量化振幅值；以及地址计数器，输入该地址时钟信号，且在该地址时钟信号的控制下产生地址信号，从该存储器索引正弦波的量化振幅值而产生正弦波。
在本发明的一实施例中，该第二分频器为PWM时钟发生器。
在本发明的一实施例中，该第二分频器包括计数器和比较器，该计数器输入该目标分频信号，该比较器的一个输入端连接该计数器的输出端，该比较器的另一输入端连接该第二控制字，该比较器的输出端连接该计数器的重置端。
在本发明的一实施例中，该存储器储存正弦波的半周期的量化振幅值。
在本发明的一实施例中，该存储器储存正弦波的1/4周期的量化振幅值。
在本发明的一实施例中，该正弦波的量化振幅值保存在一查找表中。
与现有技术相比，本发明的正弦波发生装置中，由于正弦波的频率表达式中，第一控制字E和第二控制字M都处于分母位置，其变化造成的频率变化步进较小，从而正弦波发生装置的频率精度更高。
附图说明
图1是一个现有的DDS的正弦波发生装置的原理图。
图2是本发明一实施例的正弦波发生装置的电路图。
图3是本发明一实施例的PWM时钟发生器的电路图。
图4是根据本发明一实施例的查找表内正弦波的图形。
图5是根据本发明一实施例产生的正弦波和余弦波的图形。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图2是本发明一实施例的正弦波发生装置的电路图。参考图2所示，本实施例的一种正弦波发生装置20包括第一分频器21、多路选择器22、第二分频器23、存储器24以及地址计数器25。第一分频器21输入时钟信号Main_clk，其频率为Fs，进行不同比例的分频后输出多个分频信号。时钟信号Main_clk例如是系统时钟信号。第一分频器21能够分频的分频信号的数量是变化的。多路选择器22输入多个分频信号，且根据第一控制字E选择其中一个目标分频信号T_clk输出。多路选择器22的第一控制字E的上限为第一分频器21能够分频的分频信号的数量。例如第一分频器21能够分频的分频信号的数量是32个，则第一控制字E小于32，取0-31。第一控制字E可通过一个多位(bit)的信号输入至多路选择器22，以第一控制字取0-31为例，信号宽度为5位。
第二分频器23输入目标分频信号T_clk，且以第二控制字M作为分频系数产生地址时钟信号addr_clk。也就是说，addr_clk的频率是目标分频信号T_clk的1/M。第二控制字M为正整数。
存储器24储存正弦波的量化振幅值。地址计数器25输入地址时钟信号addr_clk，且在地址时钟信号addr_clk的控制下产生地址信号addr，从存储器24索引正弦波的量化振幅值而产生正弦波sine。
设正弦波sine的频率为F，则
在此，N为地址计数器25的地址信号addr的位宽，是常数。E为第一控制字，M为第二控制字，是变量。由此，通过第一控制字E和第二控制字M的变化，即可得到不同频率的正弦波。并且，由于第一控制字E和第二控制字M都处于分母位置，其变化造成的频率变化步进较小，从而正弦波发生装置20的频率精度更高。
在本发明的实施例中，第二分频器23可有不同的已知实施方式。在一实施例中，第二分频器23可为PWM时钟发生器。图3是本发明一实施例的PWM时钟发生器的电路图。参考图3所示，第二分频器23可包括计数器31和比较器32，计数器31输入目标分频信号T_clk，比较器32的一个输入端连接计数器31的输出端，比较器32的另一输入端连接第二控制字M，比较器32的输出端连接计数器31的重置端。在目标分频信号T_clk的时序控制下，计数器31对目标分频信号T_clk进行计数，计数值会在比较器32处与第二控制字M进行比较，如果计数值小于第二控制字M，则比较器32输出第一电平(如低电平)，如果计数值等于第二控制字M，比较器32翻转而输出第二电平(如高电平)，进而产生地址时钟信号addr_clk的一个脉冲。同时比较器32输出到计数器31的重置端，使计数器31重置为0。由此，计数器31的输出在时域上类似为三角波信号，而计数器31每次“饱和”(计数值等于第二控制字M)都会输出地址时钟信号addr_clk的脉冲，进而addr_clk的频率是目标分频信号T_clk的1/M。
在存储器24中，正弦波的量化振幅值保存在一查找表中。常规上，查找表中可储存一个正弦波的量化振幅值。例如图4是根据本发明一实施例的查找表内正弦波的图形，该图形恰好是一个周期。这种情况下查找表的索引值为0-255，256个数值。较佳地，查找表中可储存半周期甚至1/4周期正弦波的量化振幅值。仍以图4为例，查找表可仅包含索引值0-127的正弦波的量化振幅值(Q1和Q2部分)，或者仅包括索引值0-63的正弦波的量化振幅值(Q1部分)。在这种未包含完整正弦波周期的情况下，通过将地址信号addr进行翻译，重复使用半周期或者1/4周期的量化振幅值，从而读出完整的正弦波周期。
除了正弦波之外，通过控制读取地址的偏置，还可以产生余弦波。图5是根据本发明一实施例产生的正弦波和余弦波的图形。
本发明上述实施例的正弦波发生装置，相比已有的正弦波发生装置通过控制字的设置实现了较高的频率分辨率。本发明的实施例在硬件上实现容易，而且硬件资源占用少。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种正弦波发生装置，包括：
第一分频器，输入时钟信号，进行不同比例的分频后输出多个分频信号；
多路选择器，输入该多个分频信号，且根据第一控制字选择其中一个目标分频信号输出；
第二分频器，输入该目标分频信号，且以第二控制字作为分频系数产生地址时钟信号；
存储器，储存正弦波的量化振幅值；以及
地址计数器，输入该地址时钟信号，且在该地址时钟信号的控制下产生地址信号，从该存储器索引正弦波的量化振幅值而产生正弦波。
2.根据权利要求1所述的正弦波发生装置，其特征在于，该第二分频器为PWM时钟发生器。
3.根据权利要求2所述的正弦波发生装置，其特征在于，该第二分频器包括计数器和比较器，该计数器输入该目标分频信号，该比较器的一个输入端连接该计数器的输出端，该比较器的另一输入端连接该第二控制字，该比较器的输出端连接该计数器的重置端。
4.根据权利要求1所述的正弦波发生装置，其特征在于，该存储器储存正弦波的半周期的量化振幅值。
5.根据权利要求1所述的正弦波发生装置，其特征在于，该存储器储存正弦波的1/4周期的量化振幅值。
6.根据权利要求1所述的正弦波发生装置，其特征在于，该正弦波的量化振幅值保存在一查找表中。
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