CN1074868C - 相位累加式正弦波产生器 - Google Patents

Abstract

一种相位累加式正弦波产生器包括：相位选择器，输出一组二进位码型式相位码；加法器与暂存器，加法器接受来自相位选择器的相位码与暂存器的输出信号，将两信号相加并将结果存于该暂存器中，暂存器并接受一系统时序CKs作为控制时序；阶梯转换器，接受来自暂存器之二进位码型式的信号，将二进位码转换成数字值；数字/模拟转换器，接受来自阶梯转换器的数字值，将其转换成电信号“出”，此信号“出”即为所欲产生的正弦波信号。

Description

相位累加式正弦波产生器

本发明涉及一种改良式的正弦波产生器，尤其是涉及一种藉由相位累加的方式以产生正弦波的装置。

传统的正弦波产生器所产生的正弦波其频率f_o与系统时序之频率f_s之关系如下式所示：其中：N为周期等分数，一般N为16或32；D为必须将系统

  时序之频率预先整除之数值，此数值由计数器产生。

当欲产生频率为1336赫的正弦波，若采用3.58兆赫的高频石英以产生系统的时序(f_s＝3.58兆赫)，在周期等分数N＝32的情况下，除数D为： $D=\frac{3.58\×{10}^6}{1336\×32}=83.74---\left(2\right)$

但在实际的计数器中，只能产生整数84，故实际产生的频率为：

表1

标准值			按键符号
																				频率	容许误差	1	2	3	4	5	6	7	8	9	*	0	#	A	B	C	D
第1列	697赫	1％	√	√	√										√
																			第2列	770赫				√	√	√								√
第3列	852赫								√	√	√						√
																			第4列	941赫										√	√	√				√
第1行	1209赫		√			√			√			√
																			第2行	1336赫		√			√			√			√
第3行	1477赫				√			√			√			√
																			第4行	1633赫													√	√	√	√

参考表1所示之用于电话通讯上之双音复频信号的规格。其中每一按键均由两种频率所合成，举例而言，按键“2”由697赫与1336赫所合成。此外，所产生的信号其频率与标准值之间的容许误差值为1％以内。以上例而言，由于所得实际频率值(1331.8赫)与标准值(1336赫)之间的误差未超过容许误差，故可被接受。

另一方面，若采用低频石英以产生系统时序，即使将周期的等分数目随之降低，实际产生的频率仍难以符合表1中所规定的容许误差。举例而言，若采用f_s＝32768赫的低频石英，将等分数降至N＝16，除数D为： $D=\frac{32768}{1336\×16}=1.53----\left(4\right)$ 计数器所能产生的整数中，最为接近者为2，所以实际产生的频率为：此频率之误差值远超过容许的范围，故现有的正弦波产生器仅能使用高频石英，其价格较低频石英为高，造成成本不易降低；此外，必须改变硬件架构才能改变所产生之正弦波信号的频率，为另一不便之处。

有鉴于此，本发明之第一目的在于提供一种正弦波产生器，其可采用低频石英(如32768赫)之系统时序，以产生准确频率的正弦波信号，不但降低成本，且降低整个系统的操作电流(操作电流与频率成正比)。

本发明之第二目的在于提供一种正弦波产生器，可在不改变硬件架构之下产生任何准确之频率。

参考图1，本发明之相位累加式正弦波产生器包括：相位选择器11、加法器12、哲存器13、阶梯转换器14、数字/模拟转换器15等。其动作方式说明如下：

相位选择器11，输出一组二进位码型式的相位码，该相位码决定所产生的正弦波之频率。

加法器12与暂存器13，加法器12接受来自相位选择器11的相位码与暂存器13的输出信号，将两信号相加并将结果存于暂存器13中，暂存器13接受系统时序CKs作为控制时序，每隔时序CKs的个一周期即将存于暂存器13中的资料输出至加法器12与阶梯转换器14。藉由加法器12与暂存器13，每隔时序CKs的一个周期，相位码即被累加一次并存入暂存器13。

阶梯转换器14，接受来自暂存器13之二进位码型式的信号，将该二进位码转换数字值。

数字/模拟转换器15，接受来自阶梯转换器14的数字值，将其转换成电信号“出”(OUT)，此电信号“出”即为所欲产生的正弦波信号。

为了具体了解本发明之特征，由以下之实施例及附图详细说明之，更可明白本发明之优点。其中：

图1表示本发明之相位累加式正弦波产生器的方块图；

图2表示本发明之相位累加式正弦波产生器的实际电路较佳实施例；

图3为图2中之数字/模拟转换器25的较佳实施例；

图4为当阶梯转换器24之输入与输出如表3所示的情况下，数字/模拟转换器25所输出的波形。

表1为用于电话通讯上之双音复频信号的规格；

图2为利用图2所示之本发明的正弦波产生器以产生双音复频频率之正弦波时，各相关资料；

表3为图2中之阶梯转换器24之输入与输出关系之一例；

图2表示本发明之实际电路的较佳实施例，其中相位选择器21、加法器22、暂存器23、阶梯转换器24、数字/模拟转换器25分别对应于图1中各方块。说明如下：相位选择器21接受频率选择信号“入”(IN)，输出一个8位元的二进位码作为相位码，此相位码之编码是先计算出下式之相位Δθ，然后在Δθ加以编码 $\mathrm{\Δ\θ}=\frac{f_o}{f_s}\×32---\left(6\right)$ 举例而言，欲产生具有频率f_o＝1633赫之正弦波(f_s＝32768赫)，则相位Δθ之大小约为1.5947266。此大小以二进位的相位码表示时，由于位元数有限，因此当然存在有误差，但此误差随着位数之增加而减少。

表2

以表2所示之产生8种双音複频频率之正弦波的相关资料为例。该表中显示各种频率下的相位Δθ、对应的相位码(8位元)、编码后的相位值(Δθ_α)及其误差等。该误差定义如下： $|\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{\Δ\θ}}-1|\×100\%---\left(7\right)$

由表2可知本实施例之编码误差均小于0.49％，且随着相位选择器21使用的位元数增加，编码误差愈小，准确度愈高，因此，在选定之系统时序的频率下，只需将欲产生之频率f_o代入(6)式，即可算出相位Δθ，然后可得到其对应的相位码。关于使用幾个位元进行编码，端视各系统所需要的准确度来决定。

如前面参考图1所述，加法器22与暂存器23用以在每经过系统时序之一个周期，将来自相位选择器21的8位元相位码累加一次并存入暂存器23中，暂存器23并在控制时序的每个周期将最高位的四个位元Q4Q3Q2Q1送至阶梯转换器24。

表3

累加值				阶梯值
					Q4	Q3	Q2	Q1
0	0	0	0						1
				0	0	0	1	2
0	0	1	0						3
				0	0	1	1	4
0	1	0	0						5
				0	1	0	1	6
0	1	1	0						7
				0	1	1	1	8
1	0	0	0						8
				1	0	0	1	7
1	0	1	0						6
				1	0	1	1	5
1	1	0	0						4
				1	1	0	1	3
1	1	1	0						2
				1	1	1	1	1

如前面参考图1所述，阶梯转换器24将暂存器23送过来的二进位码信号转换成数字值。举例而言，如表3所示，当Q4Q3Q2Q1＝0000时，阶梯转换器24输出阶梯1；当Q4Q3Q2Q1＝0001时，阶梯转换器24输出阶梯2；余类推。注意此表中每个阶梯值皆对应到两个不同的二进位码。

此阶梯值送至数字/模拟转换器25，即可取出适当的电压值。图3表示此数字/模拟转换器25之一较佳实施例，它是由一个多电阻所构成的分压器，当数字/模拟转换器25的输入信号为阶梯8时，其输出最高电压；余类推。举例而言，当阶梯转换器24之输入与输出如表3所示的情况，数字/模拟转换器25将输出如图4所示之波形，此波形即可视为正弦波。

请再次参考图2，相位选择器21所输出之相位码会影响Q4Q3Q2Q1如何变动，而Q4Q3Q2Q1之变动又决定了数字/模拟转换器25所输出的正弦波之频率。换言之，当欲改变所产生之正弦波信号频率时，只要藉由改变相位选择器21所输出的相位码即可达成。

图2所示之较佳实施例中，相位选择器21所输出的相位码之位元数为8，而暂存器23之输出信号的位元数为4，但不限于此，只要编码后相位误差不超过容许值，且阶梯数足以产生近似的正弦波即可。

在发明详细说明中所提出之具体的实施状态或实施例仅为了易于说明本发明之技术内容，而并非将本发明狭义地限制于该实施例，在不超出本发明之精神及所附之权利要求范围之情况，均应列入本发明保护之范畴。

Claims (3)

1.一种相位累加式正弦波产生器，其特征在于，它包括：

相位选择器，输出一组二进位码型式的相位码，该相位码决定所产生的正弦波之频率；

加法器与暂存器，该加法器接受来自该相位选择器的相位码与该暂存器的输出信号，将两信号相加并将结果存于该暂存器中，该暂存器接受一系统时序CKs作为控制时序，每隔时序CKs的一个周期即将存于其中的资料输出至该加法器，藉由该加法器与暂存器，每隔时序CKs的一个周期，该相位码即被累加一次并存入该暂存器；

阶梯转换器，接受来自该暂存器之二进位码型式的信号，将该二进位码转换成数字值；

数字/模拟转换器，接受来自该阶梯转换器的数字值，将其转换成电信号“出”(OUT)，此电信号“出”即为所欲产生的正弦波信号。

2.如权利要求1所述的相位累加式正弦波产生器，其中可藉由改变该相位选择器所输出相位码而改变所输出的正弦波之频率，其他硬件部分不需作更动。

3.如权利要求1所述的相位累加式正弦波产生器，其中该相位码为8位元的二进位码，该暂存器输出至该阶梯转换器的信号为4位元的二进位码。

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