DE102013225284A1

DE102013225284A1 - Method for generating a signal and signal generator

Info

Publication number: DE102013225284A1
Application number: DE102013225284.6A
Authority: DE
Inventors: Wojciech Kuropatwinski-Kaiser; Georg Ortler
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals (s3) hat die Verfahrensschritte: Erzeugen eines ersten Signals (s1) mittels eines ersten Direkt-Digital-Synthesizers (1); Erzeugen eines zweiten Signals (s2) mittels eines zweiten Direkt-Digital-Synthesizers (2), wobei das zweite Signal (s2) eine zum ersten Signal (s1) identische Signalfrequenz (f) aufweist; und Kombinieren (3) des ersten Signals (s1) mit dem zweiten Signal (s2) zum Erzeugen des Signals (s3).A method for generating a signal (s3) has the method steps: generating a first signal (s1) by means of a first direct digital synthesizer (1); Generating a second signal (s2) by means of a second direct digital synthesizer (2), the second signal (s2) having a signal frequency (f) identical to the first signal (s1); and combining (3) the first signal (s1) with the second signal (s2) to generate the signal (s3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals sowie einen entsprechenden Signalgenerator. The invention relates to a method for generating a signal and a corresponding signal generator.

In hochpräzisen Signalgeneratoren werden zur Erzeugung von Ausgangssignalen sogenannte Direkt-Digital-Synthesizer, kurz DDS, eingesetzt. DDS sind beispielsweise aus der WO 2008/127972 A1 bekannt. Die auf der direkten digitalen Synthese basierenden DDS wenden ein Verfahren der digitalen Signalverarbeitung zur Erzeugung periodischer, bandbegrenzter Signale mit nahezu beliebig feiner Frequenzauflösung an. Dieses Verfahren wird insbesondere zur Generierung von Signalen fein einstellbarer Frequenzen verwendet und ist in der Nachrichten- und Messtechnik weit verbreitet. In high-precision signal generators so-called direct digital synthesizers, DDS for short, are used to generate output signals. For example, DDS are from the WO 2008/127972 A1 known. The direct digital synthesis based DDS use a digital signal processing technique to generate periodic, bandlimited signals with almost arbitrary fine frequency resolution. This method is used in particular for generating signals of finely tunable frequencies and is widely used in the news and measurement technology.

Die direkte digitale Synthese basiert auf einem digitalen Addierwerk kombiniert mit einem rückgekoppelten Register, was als Phasenakkumulator bezeichnet wird. Dieser Phasenakkumulator addiert zyklisch einen zugeführten Eingabewert. Der momentane Zählerstand entspricht dann einem Phasenwinkel. Ein Überlaufen des Phasenakkumulators entspricht einem vollen Umlauf des Phasenzeigers von 2·Π. The direct digital synthesis is based on a digital adder combined with a feedback register, which is called a phase accumulator. This phase accumulator cyclically adds a supplied input value. The current counter reading then corresponds to a phase angle. An overflow of the phase accumulator corresponds to a full revolution of the phase vector of 2 · Π.

Der zu einem bestimmten Phasenwert gehörende Signalwert wird durch einen Speicher erhalten, der diesem bestimmten Phasenwert einen Signalwert zuordnet. Ist beispielsweise ein sinusförmiger Signalverlauf gewünscht, bildet dieser Speicher den Verlauf einer Sinusfunktion ab. Die Abbildung als Sinusfunktion kann bei kleinen Bitbreiten in Form einer bereits im Voraus errechneten und abgespeicherten Tabelle erfolgen. Somit ist ein Speicherbereich im DDS vorgesehen, um aus einer Phasenlage einen gewünschten Signalverlauf zu erzeugen. Am Ausgang des Speichers kann nunmehr ein digitales periodisches Signal abgegriffen werden. Wird ein analoges Ausgangssignal gewünscht, so wird das abgreifbare digitale Signal einem Digital-Analog-Wandler zugeführt. Bei einer typischen Wortbreite von 32 Bit für das Register beträgt die Frequenzauflösung bei 100 MHz Systemtakt 0,023 Hertz bei einer maximalen Ausgangsfrequenz von 50 MHz. The signal value associated with a particular phase value is obtained by a memory which assigns a signal value to that particular phase value. For example, if a sinusoidal waveform is desired, this memory maps the course of a sinusoidal function. The mapping as a sine function can be done with small bit widths in the form of a previously calculated and stored table. Thus, a memory area in the DDS is provided to generate a desired waveform from a phase position. At the output of the memory now a digital periodic signal can be tapped. If an analogue output signal is desired, then the digital signal which can be tapped off is fed to a digital-to-analogue converter. For a typical word width of 32 bits for the register, the frequency resolution at 100 MHz system clock is 0.023 Hertz with a maximum output frequency of 50 MHz.

Problematisch bei derartigen DDS ist die Entstehung von Mischprodukten gebildet aus einer systembedingten Taktfrequenz für den Digital-Analog-Wandler bzw. dem Phasenakkumulator sowie aus Oberschwingungen, also harmonischen Schwingungen der Grundfrequenz außer der Grundfrequenz des zu erzeugenden Ausgangssignals selbst. Dabei ist zu beachten, dass eine Harmonische eine Schwingung ist, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Signalfrequenz ist. Eine Harmonische oberhalb der Grundfrequenz wird auch als Oberschwingung oder Oberwelle bezeichnet. Es gelten folgende technisch anerkannte Bezeichnungen: Die Grundschwingung der Signalfrequenz f wird als 1. Harmonische bezeichnet, eine Schwingung der doppelten Signalfrequenz 2·f als 2. Harmonische oder 1. Oberschwingung. Allgemein ist die Schwingung mit der n-fachen Signalfrequenz n·f die n-te Harmonische, also die (n – 1)-te Oberschwingung. The problem with such DDS is the formation of mixed products formed from a system-related clock frequency for the digital-to-analog converter or the Phasenakkumulator and harmonics, ie harmonic vibrations of the fundamental frequency except the fundamental frequency of the output signal itself to be generated. It should be noted that a Harmonic is a vibration whose frequency is an integer multiple of the signal frequency. A harmonic above the fundamental frequency is also called harmonic or harmonic. The following technically accepted terms apply: The fundamental frequency of the signal frequency f is referred to as 1st harmonic, a vibration of twice the signal frequency 2 · f as 2nd harmonic or 1st harmonic. In general, the oscillation with the n-times signal frequency n · f is the n-th harmonic, ie the (n-1) th harmonic.

Diese Mischprodukte weisen mitunter hohe Amplituden speziell bei sehr niedrigen Ordnungszahlen der Oberschwingungen auf. Diese Mischprodukte müssen bei hochpräzisen Signalgeneratoren aus dem Frequenzspektrum herausgefiltert werden. Das Herausfiltern ist bei einigen Konstellationen von gebildeten Mischprodukten erheblich aufwendig oder diese Mischprodukte können aufgrund ihres sehr geringen Bandabstands zur Signalfrequenz nicht ohne Beeinflussung des Ausgangssignals herausgefiltert werden. Derartige Mischprodukte verschlechtern demnach die Qualität des Signalgenerators. These mixed products sometimes have high amplitudes, especially at very low atomic numbers of the harmonics. These mixed products must be filtered out of the frequency spectrum with high-precision signal generators. The filtering is considerably complicated in some constellations of mixed products formed or these mixed products can not be filtered out without affecting the output signal due to their very small band gap to the signal frequency. Accordingly, such mixed products degrade the quality of the signal generator.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen eines Signals bereitzustellen, welches in geringem Bandabstand zur Signalfrequenz des Ausgangssignals keine hochamplitudigen Mischprodukte aufweist. It is an object of the invention to provide a method for generating a signal which has no high-amplitude mixing products in a small band gap to the signal frequency of the output signal.

Die Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst. Überdies wird die Aufgabe durch einen Signalgenerator gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben. The object is achieved by the method described in claim 1. Moreover, the object is achieved by a signal generator according to claim 9. Advantageous embodiments of the invention are described in the respective dependent claims.

Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals gelöst. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Erzeugen eines ersten Signals mittels eines ersten Direkt-Digital-Synthesizers; Erzeugen eines zweiten Signals mittels eines zweiten Direkt-Digital-Synthesizers, wobei das zweite Signal eine zum ersten Signal identische Signalfrequenz aufweist; und Kombinieren des ersten Signals mit dem zweiten Signal zum Erzeugen des Ausgangssignals. Im Folgenden wird Direkt-Digital-Synthesizer als DDS abgekürzt. In particular, the object is achieved by a method for generating an output signal. The method comprises the method steps: generating a first signal by means of a first direct digital synthesizer; Generating a second signal by means of a second direct digital synthesizer, the second signal having a signal frequency identical to the first signal; and combining the first signal with the second signal to produce the output signal. In the following, direct digital synthesizer is abbreviated as DDS.

Durch das Kombinieren von zumindest zwei DDS-Signalen gleicher Signalfrequenz können Mischprodukte, die aus dem Taktsignal und zumindest einer hochamplitudigen Oberschwingung niedrigerer Ordnung der Signalfrequenz gebildet sind, heraus gelöscht werden. Die Mischprodukte entstehen dabei sowohl im ersten DDS als auch im zweiten DDS und sind gegenphasig, also 180° phasenverschoben zueinander. Werden diese gegenphasigen Mischprodukte mittels des Kombinierers addiert, löschen sich diese heraus und sind nicht mehr im Frequenzspektrum enthalten. By combining at least two DDS signals of the same signal frequency, mixing products formed from the clock signal and at least one high-order lower-order harmonic of the signal frequency can be deleted. The mixed products arise both in the first DDS and in the second DDS and are in opposite phase, ie 180 ° out of phase with each other. If these antiphase mixed products are added by means of the combiner, they cancel out and are no longer included in the frequency spectrum.

Diese Mischprodukte weisen insbesondere einen sehr geringen Bandabstand zur Signalfrequenz auf. Unter Bandabstand wird der Abstand der Frequenzen von Mischprodukt und Signalfrequenz des jeweils ersten oder zweiten DDS verstanden. Als geringer Abstand wird beispielsweise ein Verhältnis von 1 zu 5, insbesondere ein Verhältnis 1 zu 10, aus Bandabstand zu Signalfrequenz verstanden. These mixed products have in particular a very small band gap to the signal frequency. Band spacing is the distance between the frequencies of the mixed product and the signal frequency of the first or second DDS. As a small distance, for example, a ratio of 1 to 5, in particular a ratio of 1 to 10, from band gap to signal frequency understood.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Signal eine zum zweiten Signal unterschiedliche Signalphase auf, wobei der Phasenunterschied gleich 180° geteilt durch die Ordnungszahl der Harmonischen der Signalfrequenz ungleich der ersten Harmonischen ist. Zum Herausfiltern der 3. Harmonischen bzw. 2. Oberschwingung beträgt der Phasenunterschied somit 60°. Somit werden Mischprodukte, mit signifikanten Amplituden von Oberschwingungen niederer Ordnung, die das Mischprodukt maßgeblich bilden aufgrund gegenphasiger Kombination herausgefiltert. In a preferred embodiment, the first signal has a signal phase different from the second signal, the phase difference being equal to 180 ° divided by the ordinal number of the harmonics of the signal frequency not equal to the first harmonic. To filter out the third harmonic or second harmonic, the phase difference is thus 60 °. Thus, mixing products, with significant amplitudes of low order harmonics that significantly shape the mixed product, are filtered out due to out-of-phase combination.

Erfindungsgemäß ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, weitere DDS-Signale zu erzeugen, um zusätzliche Mischprodukte aus dem Ausgangssignal herauszufiltern. According to the invention, it is furthermore preferably provided to generate further DDS signals in order to filter out additional mixed products from the output signal.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugt ein erster Taktgenerator zur Ansteuerung eines ersten digitalen Analog-Wandlers des ersten Direkt-Digital-Synthesizers ein erstes Taktsignal, wohingegen ein zweiter Taktgenerator zur Ansteuerung eines zweiten digitalen Analog-Wandlers des zweiten Direkt-Digital-Synthesizers ein zweites Taktsignal erzeugt. In a preferred embodiment, a first clock generator for driving a first digital analog converter of the first direct digital synthesizer generates a first clock signal, whereas a second clock generator for driving a second digital analog converter of the second direct digital synthesizer generates a second clock signal ,

Im Wesentlichen hängt die Qualität des Ausgangssignals eines DDS vom zeitlichen Taktzittern, dem sogenannten Jitter, des Taktgenerators ab. Durch Verwenden des ersten Taktgenerators neben dem zweiten Taktgenerator wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Taktsignale unterschiedliche Jitter aufweisen, die sich statistisch unabhängig voneinander verhalten, wodurch unerwünschte Mischprodukte aufgrund des Jitters heraus gelöscht werden. Somit wird die Qualität des Ausgangssignals wesentlich erhöht. In essence, the quality of the output signal of a DDS depends on the timing of the clock, the so-called jitter, of the clock generator. By using the first clock generator in addition to the second clock generator, it is advantageously achieved that the clock signals have different jitter, which statistically behave independently of one another, whereby unwanted mixing products due to the jitter are deleted. Thus, the quality of the output signal is significantly increased.

Für die Erzeugung des ersten Signals und des zweiten Signals kann ein gemeinsamer Speicher für sowohl den ersten DDS als auch den zweiten DDS verwendet werden. Durch Verwenden eines gemeinsamen Speichers für beide DDS wird das Ausgangssignal auf eine kostengünstigere Weise bereit gestellt und Platzbedarf eingespart. For the generation of the first signal and the second signal, a shared memory may be used for both the first DDS and the second DDS. By using a shared memory for both DDS, the output signal is provided in a more cost effective manner and saves space.

In einer alternativen Ausgestaltung wird zum Erzeugen des ersten Signals ein erster Speicher verwendet, wohingegen für das Erzeugen des zweiten Signals ein zweiter Speicher verwendet wird. Auf diese Weise ist ein Ausgangssignal erzeugbar, welches sehr hohe Signalfrequenzen aufweisen kann, da ein paralleler Speicherzugriff möglich ist. In an alternative embodiment, a first memory is used to generate the first signal, whereas a second memory is used to generate the second signal. In this way, an output signal can be generated, which can have very high signal frequencies, since a parallel memory access is possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt vor dem Schritt des Kombinierens ein Schritt der Bandbreitenbegrenzung, insbesondere eine Tiefpassfilterung. Diese Tiefpassfilterung ist vorgesehen, um hochfrequente Signalanteile, die durch den Digital-Analog-Wandler entstehen, aus dem Frequenzspektrum des Ausgangssignals zu entfernen, um ein störungsfreies Ausgangssignal zu erhalten. Bevorzugt wird jeweils ein Tiefpassfilter pro DDS verwendet. Dadurch werden Beeinflussungen des zweiten DDS auf den ersten DDS vermieden. Alternativ weisen beide DDS ein gemeinsames Tiefpassfilter auf. In a preferred embodiment, before the step of combining, there is a step of limiting the bandwidth, in particular a low-pass filtering. This low-pass filtering is provided to remove high-frequency signal components, which are formed by the digital-to-analog converter, from the frequency spectrum of the output signal in order to obtain a trouble-free output signal. Preferably, one low-pass filter per DDS is used in each case. This avoids influencing the second DDS on the first DDS. Alternatively, both DDS have a common low-pass filter.

Im Erfindungsgedanken ist ebenfalls ein Signalgenerator vorgesehen, wobei der Signalgenerator einen ersten DDS zum Erzeugen eines ersten Signals aufweist. Weiterhin weist der Signalgenerator einen zweiten DDS zum Erzeugen eines zweiten Signals auf, wobei die Signalfrequenz des zweiten Signals zum ersten Signal identisch ist. Überdies weist der Signalgenerator einen Signalkombinierer zum Kombinieren des ersten Signals mit dem zweiten Signal zum Erzeugen des Ausgangssignals des Signalgenerators auf. The invention also provides a signal generator, wherein the signal generator has a first DDS for generating a first signal. Furthermore, the signal generator has a second DDS for generating a second signal, wherein the signal frequency of the second signal is identical to the first signal. Moreover, the signal generator has a signal combiner for combining the first signal with the second signal to generate the output signal of the signal generator.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung näher erläutert, wobei die Figuren der Zeichnung lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschreiben. Gleiche Bestandteile in den Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Embodiments and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, wherein the figures of the drawing merely describe exemplary embodiments of the invention by way of example. Identical components in the figures are given the same reference numerals. Show it:

1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Signalgenerators; 1 a block diagram of a first embodiment of a signal generator according to the invention;

2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Signalgenerators; 2 a block diagram of a second embodiment of a signal generator according to the invention;

3 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Signalgenerators; 3 a block diagram of a third embodiment of a signal generator according to the invention;

4 ein Zeigerdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Auslöschung von gegenphasigen Mischprodukten; und 4 a pointer diagram to illustrate the extinction of antiphase mixed products according to the invention; and

5 ein Frequenzdiagramm eines erfindungsgemäßen Signalgenerators. 5 a frequency diagram of a signal generator according to the invention.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Signalgenerators 8. Der Signalgenerator 8 weist einen ersten DDS 1 auf, der ein erstes Signal s1 erzeugt. Überdies weist der Signalgenerator 8 einen zweiten DDS 2 auf, der ein zweites Signal s2 erzeugt. Weiterhin weist der Signalgenerator 8 einen Kombinierer 3 auf, der das erste Signal s1 mit dem zweiten Signal s2 kombiniert und dadurch ein Ausgangssignal s3 erzeugt. 1 shows a first embodiment of a signal generator according to the invention 8th , The signal generator 8th has a first DDS 1 which generates a first signal s1. Moreover, the signal generator 8th a second DDS 2 on, which generates a second signal s2. Furthermore, the signal generator 8th a combiner 3 which combines the first signal s1 with the second signal s2 and thereby generates an output signal s3.

Insbesondere weisen das erste erzeugte Signal s1 und das zweite erzeugte Signal s2 eine identische Signalfrequenz f auf. Die Signalfrequenz f ist im ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise 100 MHz. Zur Erzeugung des ersten Signals s1 ist ein Phasenakkumulator 14 vorgesehen. Der Phasenakkumulator 14 wird mittels eines Taktsignals t1 eines ersten Taktgenerators 13 angesteuert. Nicht dargestellt ist, dass im Phasenakkumulator 14 ein Addierwerk mit einem rückgekoppelten Register vorgesehen ist, wodurch pro Takt des Taktsignals t1 ein dedizierter Phasenwert generiert wird. Der Phasenakkumulator 14 ist mit einem ersten Speicher 12 verbunden. Im ersten Speicher 12 sind entsprechend einer gewünschten Signalform Amplitudenwerte abgelegt, die pro Phasenwert ausgegeben werden. Dabei werden die Phasenwerte in Adresswerte umgesetzt, welche den zyklischen Speicher adressieren. Wird beispielsweise ein digitales Sinus-Signal am Ausgang des ersten Speichers 12 gewünscht, so wird im ersten Speicher 12 eine Sinusfunktion hinterlegt. In particular, the first generated signal s1 and the second generated signal s2 have an identical signal frequency f. The signal frequency f is in the first embodiment, for example, 100 MHz. To generate the first signal s1 is a phase accumulator 14 intended. The phase accumulator 14 is by means of a clock signal t1 a first clock generator 13 driven. Not shown is that in the phase accumulator 14 an adder is provided with a feedback register, which generates a dedicated phase value per clock of the clock signal t1. The phase accumulator 14 is with a first memory 12 connected. In the first store 12 are stored according to a desired waveform amplitude values that are output per phase value. The phase values are converted into address values which address the cyclic memory. For example, if a digital sine signal at the output of the first memory 12 desired, so will in the first memory 12 deposited a sine function.

Der erste Taktgenerator 13 erzeugt überdies ein erstes Taktsignal t1 für einen ersten Digital-Analog-Wandler 11. Am Ausgang des ersten Digital-Analog-Wandlers 11 ist ein erster Tiefpass 15 vorgesehen, welcher zur Bandbreitenbegrenzung des ersten Signals s1 vorgesehen ist. Mit dem Tiefpassfilter 15 werden vor allem hochfrequente Signalanteile, die durch Digital-Analog-Wandlung aufgrund der Quantisierung entstehen, beseitigt. Mit dem ersten Tiefpassfilter 15 werden aber auch Mischprodukte, die durch das Erzeugen des ersten Signals s1 entstehen, auf wirksame Weise aus dem Frequenzspektrum heraus gelöscht. Der Tiefpassfilter 15 kann insbesondere ein adaptives Filter sein und dahingehend einstellbar sein, dass unerwünschte Mischprodukte einfach herausgefiltert werden können. Der Ausgang des Tiefpassfilters 15 ist auf den Kombinierer 3 geschaltet. The first clock generator 13 also generates a first clock signal t1 for a first digital-to-analog converter 11 , At the output of the first digital-to-analog converter 11 is a first low pass 15 provided, which is provided for limiting the bandwidth of the first signal s1. With the low pass filter 15 In particular, high-frequency signal components resulting from digital-to-analog conversion due to quantization are eliminated. With the first low-pass filter 15 However, mixing products which are produced by generating the first signal s1 are also effectively deleted from the frequency spectrum. The low pass filter 15 In particular, it can be an adaptive filter and be adjustable to the effect that unwanted mixing products can be easily filtered out. The output of the low-pass filter 15 is on the combiner 3 connected.

In gleicher Art und Weise ist der zweite DDS 2 aufgebaut, der dem Kombinierer 3 ein zweites Signal S2 bereitstellt. Der zweite Taktgenerator 23 erzeugt überdies ein zweites Taktsignal t2 für einen zweiten Digital-Analog-Wandler 21. Am Ausgang des zweiten Digital-Analog-Wandlers 21 ist ein zweiter Tiefpass 25 vorgesehen, welcher zur Bandbreitenbegrenzung des zweiten Signals s2 vorgesehen ist. Am Ausgang des Kombinierers 3 wird das Ausgangssignal s3 bereitgestellt. In the same way is the second DDS 2 built, the combiner 3 provides a second signal S2. The second clock generator 23 also generates a second clock signal t2 for a second digital-to-analog converter 21 , At the output of the second digital-to-analog converter 21 is a second low pass 25 provided, which is provided for limiting the bandwidth of the second signal s2. At the exit of the combiner 3 the output signal s3 is provided.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Signal s1 eine zum zweiten Signal s2 gleiche Signalfrequenz f aufweist. Bei der Erzeugung des ersten Signals s1 und des zweiten Signals s2 werden systembedingt auch Mischprodukte aus dem Signal s1 bzw. s2 bei der Signalfrequenz f, aus Oberschwingungen entsprechend von Ordnungszahlen n – 1 der Signalfrequenz f und dem Taktsignal t1 erzeugt. Derartige Mischprodukte sind unerwünscht und erfindungsgemäß zu unterdrücken. Da Mischprodukte 7 im ersten Signal s1 und im zweiten Signal s2 vorhanden sind, die die Qualität, insbesondere die Frequenzreinheit, des Ausgangssignals s3 verschlechtern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, diese Mischprodukte 7 zu entfernen. Problematisch sind dabei Mischprodukte 7, die einen sehr geringen Bandabstand zur Frequenz des Ausgangssignals s3 aufweisen, da diese nicht ohne komplexe Filtertechnik und Beeinflussen des Ausgangssignals s3 herausgefiltert werden können. According to the invention, it is provided that the first signal s1 has a signal frequency f equal to the second signal s2. When the first signal s1 and the second signal s2 are generated, mixed products are also generated from the signal s1 or s2 at the signal frequency f, from harmonics corresponding to ordinal numbers n-1 of the signal frequency f and the clock signal t1. Such mixed products are undesirable and to suppress according to the invention. Because mixed products 7 are present in the first signal s1 and in the second signal s2, which deteriorate the quality, in particular the frequency purity, of the output signal s3, according to the invention, these mixed products 7 to remove. Problematic are mixed products 7 , which have a very small band gap to the frequency of the output signal s3, since these can not be filtered out without complex filter technology and influencing the output signal s3.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, zwei DDS 1, 2 einzusetzen und die Signale s1, s2 der DDS 1, 2 mittels Kombinierer 3 zu addieren. Überdies wird vorgeschlagen, die Phasenlage des ersten Signals s1 vom zweiten Signal s2 verschieden auszugestalten. Insbesondere ist der Phasenunterschied φ zwischen dem ersten Signal s1 und dem zweiten Signal s2 gleich 180° geteilt durch die Ordnungszahl n der Harmonischen der Signalfrequenz f ungleich der ersten Harmonischen, d.h. es gilt n ist eine ganze positive Zahl größer eins. Durch Einstellen exakt dieser Phasenlage φ werden gegenphasige Mischprodukte erzeugt, die durch den Kombinierer 3 einfach heraus kombiniert werden. The invention therefore proposes two DDS 1 . 2 and the signals s1, s2 of the DDS 1 . 2 by means of combiner 3 to add. Moreover, it is proposed to design the phase position of the first signal s1 differently from the second signal s2. In particular, the phase difference φ between the first signal s1 and the second signal s2 is equal to 180 ° divided by the ordinal number n of the harmonics of the signal frequency f other than the first harmonic, ie n is a whole positive number greater than one. By setting exactly this phase position φ, antiphase mixing products are generated by the combiner 3 simply be combined out.

Das Mischprodukt 7 besteht aus Überlagerungen aus Oberschwingungen, auch als Harmonische bezeichnet, der Signalfrequenz f, die sowohl im ersten DDS 1 als auch im zweiten DDS 2 entstehen und aus dem Taktsignal t1. Eine Harmonische ist eine Schwingung, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Signalfrequenz f ist. Eine Harmonische oberhalb der Grundfrequenz wird auch Oberschwingung oder Oberwelle genannt. The mixed product 7 consists of superpositions of harmonics, also referred to as harmonics, the signal frequency f, both in the first DDS 1 as well as in the second DDS 2 arise and from the clock signal t1. A harmonic is a vibration whose frequency is an integer multiple of the signal frequency f. A harmonic above the fundamental frequency is also called harmonic or harmonic.

Ein häufig auftretendes Mischprodukt ist die Differenz aus der Frequenz f des Taktsignals t1 und der 3. Harmonischen, also der Oberschwingung mit der Ordnungszahl 2. Wird ein Phasenunterschied φ von 60° voreingestellt, so können Mischprodukte der 3. Harmonischen herausgefiltert werden. Für genauere Betrachtungen wird auf die 4 und 5 verwiesen. A frequently occurring mixed product is the difference between the frequency f of the clock signal t1 and the third harmonic, that is the harmonic with the ordinal number 2. If a phase difference φ of 60 ° is preset, mixed products of the third harmonic can be filtered out. For more detailed consideration is on the 4 and 5 directed.

Durch die Verwendung eines zweiten Taktgenerators 23 anstelle eines in 3 gezeigten gemeinsamen Taktgenerators 5 wird sichergestellt, dass das erzeugte Signal s1, welches auf den Kombinierer 3 geschaltet wird, ein vom zweiten Signal s2 verschiedenes Taktzittern, englisch Jitter, aufweist, wodurch die Mischprodukte 7 weiter reduziert werden. By using a second clock generator 23 instead of an in 3 shown common clock generator 5 it is ensured that the generated signal s1, which points to the combiner 3 is switched, a different from the second signal s2 clock jitter, English jitter, having, whereby the mixing products 7 be further reduced.

Um den Signalgenerator 8 auf möglichst viele unterschiedliche Ausgangssignale s3 mit jeweils verschiedenen Signalfrequenzen f adaptieren zu können, ist bevorzugt ein Phasenschieber 9 im Signalpfad zwischen dem ersten Phasenakkumulator 14 und dem ersten Speicher 12 angeordnet. Damit können Phasen φ individuell eingestellt werden, um die Flexibilität des Signalgenerators 8 weiter zu erhöhen. Alternativ ist der Phasenschieber 9 im Signalpfad zwischen dem zweiten Phasenakkumulator 24 und dem zweiten Speicher 22 angeordnet oder es sind zwei Phasenschieber vorhanden. To the signal generator 8th To be able to adapt to as many different output signals s3, each with different signal frequencies f, is preferably a phase shifter 9 in the signal path between the first phase accumulator 14 and the first memory 12 arranged. Thus, phases φ can be individually adjusted to the flexibility of the signal generator 8th continue to increase. Alternatively, the phase shifter 9 in the signal path between the second phase accumulator 24 and the second memory 22 arranged or there are two phase shifter available.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Signalgenerators 8 dargestellt. Im Folgenden wird nur auf die bestehenden Unterschiede der in 1 und 2 gezeigten Signalgeneratoren 8 hingewiesen. Der Unterschied zwischen 1 und 2 besteht maßgeblich darin, dass in 2 ein gemeinsamer Speicher 4 vorgesehen ist, der zur Erzeugung des ersten Signals s1 und des zweiten Signals s2 verwendet wird. Damit wird erfindungsgemäß eine Kostenreduzierung bei der Herstellung des Signalgenerators 8 und eine Platzersparnis erreicht. Der erste Phasenakkumulator 14 und der zweite Phasenakkumulator 24 adressieren über einen ersten Umschalter 26 den Adressbus 28 des Speichers 4. Der Datenbus 29 wird über einen zweiten Umschalter 27 entweder mit dem ersten Digital-Analog-Wandler 11 oder mit dem zweiten Digital-Analog-Wandler 21 verbunden. In 2 is a second embodiment of a signal generator according to the invention 8th shown. The following will only focus on the existing differences in 1 and 2 shown signal generators 8th pointed. The difference between 1 and 2 is decisive in that in 2 a shared memory 4 is provided, which is used to generate the first signal s1 and the second signal s2. Thus, according to the invention, a cost reduction in the manufacture of the signal generator 8th and achieved space savings. The first phase accumulator 14 and the second phase accumulator 24 address via a first switch 26 the address bus 28 of the memory 4 , The data bus 29 is via a second switch 27 either with the first digital-to-analog converter 11 or with the second digital-to-analog converter 21 connected.

Um den Signalgenerator 8 auf möglichst viele unterschiedliche Ausgangssignale s3 mit jeweils verschiedenen Signalfrequenzen f adaptieren zu können, ist bevorzugt ein Phasenschieber 9‘ im Signalpfad zwischen dem zweiten Phasenakkumulator 24 und dem gemeinsamen Speicher 4 angeordnet. Damit können Phasen φ individuell eingestellt werden und die Flexibilität des Signalgenerators 8 weiter erhöht werden. Alternativ ist der Phasenschieber 9 im Signalpfad zwischen dem ersten Phasenakkumulator 14 und dem gemeinsamen Speicher 4 angeordnet oder es sind zwei Phasenschieber 9 und 9‘ vorhanden. To the signal generator 8th To be able to adapt to as many different output signals s3, each with different signal frequencies f, is preferably a phase shifter 9 ' in the signal path between the second phase accumulator 24 and the shared memory 4 arranged. Thus, phases φ can be set individually and the flexibility of the signal generator 8th be further increased. Alternatively, the phase shifter 9 in the signal path between the first phase accumulator 14 and the shared memory 4 arranged or there are two phase shifters 9 and 9 ' available.

In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Signalgenerators 8 dargestellt. Im Unterschied zu 1 weist der Signalgenerator 8 einen gemeinsamen Taktgenerator 5, 5‘ für jeweils die Phasenakkumulatoren 14, 24 und die Digital-Analog-Wandler 15, 25 auf. Überdies weist der Signalgenerator 8 entgegen dem Signalgenerator 8 der 1 einen gemeinsamen Tiefpassfilter 6 auf. Durch die gemeinsamen Taktgeneratoren 5, 5‘ und den gemeinsamen Tiefpassfilter 6 wird eine weitere Kostenersparnis erreicht ohne die Präzession des Signalgenerators 8 zu schmälern. Hier ist der Phasenunterschied φ fest im Phasenakkumulator 14 oder 24 eingestellt, wodurch kein Phasenschieber 9 vorgesehen sein muss. In 3 is a third embodiment of a signal generator 8th shown. In contrast to 1 instructs the signal generator 8th a common clock generator 5 . 5 ' for each of the phase accumulators 14 . 24 and the digital-to-analog converter 15 . 25 on. Moreover, the signal generator points 8th against the signal generator 8th of the 1 a common low pass filter 6 on. Through the common clock generators 5 . 5 ' and the common low-pass filter 6 Another cost saving is achieved without the precession of the signal generator 8th to belittle. Here, the phase difference φ is fixed in the phase accumulator 14 or 24 adjusted, whereby no phase shifter 9 must be provided.

In 4 ist ein Vektordiagramm des Signalgenerators 8 gemäß den 1 bis 3 dargestellt. In dem Vektordiagramm gemäß 4 ist ein erstes Signal s1, erzeugt vom ersten DDS 1 in Nullphase 0° dargestellt. Ein zweites Signal s2, erzeugt vom zweiten DDS 2, ist im Phasenwinkel von φ = 60° zum ersten Signal s1 abgebildet und gestrichelt dargestellt. In 4 is a vector diagram of the signal generator 8th according to the 1 to 3 shown. In the vector diagram according to 4 is a first signal s1 generated by the first DDS 1 shown in zero phase 0 °. A second signal s2 generated by the second DDS 2 , is shown in the phase angle of φ = 60 ° to the first signal s1 and shown in dashed lines.

Überdies sind Mischprodukte 7 dargestellt, die aufgrund des mittels der DDS 1 und 2 erzeugten Signale s1 und s2 ebenfalls entstehen. Die Mischprodukte 7 entstehen durch die Differenz der Frequenz von Taktsignal t1 und der 3. Harmonischen der Signalfrequenz, also bei einer Ordnungszahl n der Harmonischen von 3. Ist beispielsweise die Frequenz f des Taktsignals t1 bei 410MHz und die Signalfrequenz f des ersten Signals s1 bei 100MHz, so entsteht ein Mischprodukt t1 – 3·f = 110MHz. Diese Linie ist aufgrund des Taktzitterns und der Ungenauigkeit des Digital-Analog-Wandlers 15 noch verbreitert, was in 5 ebenfalls angedeutet ist. Der Bandabstand von 10MHz ist dabei zu gering, um das Mischprodukt 7 mittels des Tiefpasses 6, 15, 25 herauszufiltern. Moreover, they are mixed products 7 represented by the means of the DDS 1 and 2 generated signals s1 and s2 also arise. The mixed products 7 arise by the difference of the frequency of clock signal t1 and the 3rd harmonic of the signal frequency, ie at an atomic number n of the harmonic of 3. For example, if the frequency f of the clock signal t1 at 410MHz and the signal frequency f of the first signal s1 at 100MHz, so arises a mixed product t1 - 3 · f = 110MHz. This line is due to the timing jitter and inaccuracy of the digital-to-analog converter 15 even widened, what in 5 also indicated. The band gap of 10MHz is too low to the mixed product 7 by means of the low pass 6 . 15 . 25 filter out.

Erfindungsgemäß wird im ersten DDS-Signal s1 ein Mischprodukt 7 erzeugt. Darüber hinaus wird im zweiten DDS-Signal s2 ein Mischprodukt 7‘ erzeugt, welches gegenphasig zum Mischprodukt 7 ist, also um 180° phasenverschoben und in 4 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Durch das erfindungsgemäße Kombinieren der zwei DDS-Signale s1, s2 löschen sich diese beiden Mischprodukte 7, 7‘ aufgrund der Gegenphasigkeit aus. Zur Verdeutlichung wird auch auf 5 verwiesen. According to the invention, a mixed product is produced in the first DDS signal s1 7 generated. In addition, s2 becomes a mixed product in the second DDS signal 7 ' produced, which in phase opposition to the mixed product 7 is, ie 180 ° out of phase and in 4 also shown in dashed lines. By combining the two DDS signals s1, s2 according to the invention, these two mixed products are extinguished 7 . 7 ' due to the antiphase. For clarity is also on 5 directed.

In 5 ist ein Frequenzdiagramm des Signalgenerators 8 dargestellt. Aufgrund der identischen Frequenz f des ersten Signals s1 und des zweiten Signals s2 ist nur ein Frequenzpeak bei f = 100MHz zu erkennen. Die Frequenz f des Taktsignals t1 und t2 des ersten und zweiten Taktgenerators 13, 23 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel f = 410MHz und ist gestrichelt dargestellt. Es entstehen Mischprodukte 7, 7‘ bei unterschiedlichen Ordnungszahlen n der Signalgrundfrequenz f. Beispielsweise entsteht eine 3. Harmonische bei f = 300 MHz. Durch das Erzeugen des Ausgangssignals s3 mittels DDS 1, 2 entsteht ein Mischprodukt 7 bei f = 110MHz, gebildet aus der Taktfrequenz f = 410MHz minus der dritten harmonischen Schwingung des Grundsignals, f = 300MHz. Aufgrund des geringen Bandabstands von lediglich B = 10MHz ist dieses Mischprodukt 7 nicht mittels eines Tiefpassfilters 15, 25 herausfilterbar. In 5 is a frequency diagram of the signal generator 8th shown. Due to the identical frequency f of the first signal s1 and the second signal s2, only one frequency peak at f = 100 MHz can be seen. The frequency f of the clock signals t1 and t2 of the first and second clock generators 13 . 23 is in this embodiment f = 410MHz and is shown in dashed lines. The result is mixed products 7 . 7 ' at different ordinal numbers n of the signal fundamental frequency f. For example, a third harmonic is created at f = 300 MHz. By generating the output signal s3 by means of DDS 1 . 2 a mixed product is created 7 at f = 110MHz, formed of the clock frequency f = 410MHz minus the third harmonic of the fundamental signal, f = 300MHz. Due to the small band gap of only B = 10 MHz, this mixed product is 7 not by means of a low-pass filter 15 . 25 filtered out.

Die Übertragungsfunktion der Tiefpassfilter 15, 25 ist in 5 gestrichelt dargestellt. Mittels des Tiefpasses 15 und 25 ist es möglich, die Taktfrequenz des Taktsignals t1, t2 sowie die dritte harmonische Schwingung bei f = 300MHz aus dem Frequenzspektrum des Ausgangssignals s3 herauszufiltern. Erfindungsgemäß wird es nun durch Kombinieren von zwei DDS-Signalen s1, s2 ermöglicht, auch das Mischprodukt 7 durch ein exakt gegenphasiges Mischprodukt 7‘ gleicher Amplitude herauszulöschen. In der Summe wird ein bereinigtes Ausgangssignal s3 erhalten, welches lediglich die Grundfrequenz von f = 100MHz aufweist. Das Ausführungsbeispiel gemäß der 5 ist als beispielhaft anzusehen. Sowohl die dargestellten Frequenzen als auch das Mischprodukt 7 sind erfindungsgemäß nicht einschränkend zu verstehen. Es ist überdies möglich, alternative harmonische Schwingungen höherer Ordnungszahlen n ebenfalls aus dem Frequenzspektrum durch Kombinieren von Signalen unterschiedlicher DDS s1, s2 zu erzeugen. The transfer function of the low-pass filter 15 . 25 is in 5 shown in dashed lines. By means of the low pass 15 and 25 it is possible, the clock frequency of the clock signal t1, t2 and the third harmonic oscillation at f = 300 MHz from the frequency spectrum of the output signal s3 filter out. According to the invention, it is now possible by combining two DDS signals s1, s2, also the mixed product 7 by a precisely antiphase mixed product 7 ' extinguish same amplitude. In the sum, a corrected output signal s3 is obtained which has only the fundamental frequency of f = 100 MHz. The embodiment according to the 5 is to be regarded as an example. Both the frequencies shown and the mixed product 7 are not intended to be limiting according to the invention. It is also possible to generate alternative harmonic oscillations of higher atomic numbers n also from the frequency spectrum by combining signals of different DDS s1, s2.

Insbesondere kann der Tiefpassfilter 15, 25 ein adaptives Tiefpassfilter sein. Erfindungsgemäß ist überdies vorgesehen, unterschiedliche Phasenlagen φ mittels eines einstellbaren Phasenschiebers einzustellen, um den Signalgenerator 8 auf unterschiedliche Ausgangssignalfrequenzen s3 einstellen zu können und ggf. alternative Mischprodukte herauslöschen zu können. Überdies ist vorgesehen, weitere DDS-Signale zu erzeugen, die weitere Mischprodukte herauslöschen. In particular, the low-pass filter 15 . 25 an adaptive low-pass filter. According to the invention, it is additionally provided to set different phase positions φ by means of an adjustable phase shifter in order to obtain the signal generator 8th to be able to adjust to different output signal frequencies s3 and possibly to be able to delete alternative mixed products. Moreover, it is intended to generate further DDS signals which cancel out further mixed products.

Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden. In the context of the invention, all described and / or drawn and / or claimed elements can be combined with each other as desired.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/127972 A1 [0002]

Claims

Method for generating an output signal (s3) with the method steps: - generating a first signal (s1) by means of a first direct digital synthesizer ( 1 ); Generating a second signal (s2) by means of a second direct digital synthesizer ( 2 ), wherein the second signal (s2) has a signal frequency (f) identical to the first signal (s1); and - Combine ( 3 ) of the first signal (s1) with the second signal (s2) for generating the output signal (s3).

The method of claim 1, wherein the first signal (s1) has a signal phase different from the second signal (s2) and wherein the phase difference (φ) is equal to 180 ° divided by the ordinal number (n) of the harmonics of the signal frequency (f) other than the first harmonic is.

Method according to one of the preceding claims, wherein a first clock generator ( 13 ) for driving a first digital-to-analog converter ( 11 ) of the first direct digital synthesizer ( 1 ) generates a first clock signal (t1) and wherein a second clock generator ( 23 ) for driving a second digital-to-analog converter ( 21 ) of the second direct digital synthesizer ( 2 ) generates a second clock signal (t2).

Method according to one of the preceding claims, wherein the generation of the first signal (s1) and the second signal (s2) by means of a common memory ( 4 ) for both the first direct digital synthesizer ( 1 ) as well as the second direct digital synthesizer ( 2 ) is used.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the first direct digital synthesizer ( 1 ) for generating the first signal (s1) on a first memory ( 12 ) and wherein the second direct digital synthesizer ( 2 ) for generating the second signal (s2) on a second memory ( 22 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein before the step of combining ( 3 ) a step of limiting the bandwidth, in particular a low-pass filtering, ( 6 . 15 . 25 ) he follows.

The method of claim 6, wherein both the first signal (s1) and the second signal (s2) by means of a common low-pass filter ( 6 ) bandwidth is limited.

The method of claim 6, wherein the first direct digital synthesizer ( 1 ) the bandwidth of the first signal (s1) by means of a first low-pass filter ( 15 ) and wherein the second direct digital synthesizer ( 2 ) the bandwidth of the second signal (s2) by means of a second low-pass filter ( 25 ) limited.

Signal generator ( 8th ), comprising: - a first direct digital synthesizer ( 1 ) for generating a first signal (s1); - a second direct digital synthesizer ( 2 ) for generating a second signal (s2), wherein the signal frequency (f) of the second signal (s2) is identical to the first signal (s1); and a signal combiner ( 3 ) for combining the first signal (s1) with the second signal (s2) to generate an output signal (s3) of the signal generator ( 8th ).

Signal generator ( 8th ) according to claim 9, wherein the first signal (s1) has a signal phase (φ) different from the second signal (s2) and wherein the phase difference (φ) is equal to 180 ° divided by the ordinal number (n) of the harmonics of the signal frequency (f) the first harmonic is.

Signal generator ( 8th ) according to claim 9 or 10, wherein the first direct digital synthesizer ( 1 ) a first clock generator ( 13 ) for driving a first digital-to-analog converter ( 11 ) and wherein the second direct digital synthesizer ( 2 ) a second clock generator ( 23 ) for driving a second digital-to-analog converter ( 21 ) having.

Signal generator ( 8th ) according to one of claims 9 to 11, wherein both the first direct digital synthesizer ( 1 ) as well as the second direct digital synthesizer ( 2 ) to a common memory ( 4 ) for generating the respective first signal (s1) and second signal (s2).

Signal generator ( 8th ) according to one of claims 9 to 11, wherein the first direct digital synthesizer ( 1 ) a first memory ( 12 ) for generating the first signal (s1) and wherein the second direct digital synthesizer ( 2 ) a second memory ( 22 ) for generating the second signal (s2).

Signal generator ( 8th ) according to one of claims 9 to 13, wherein a common low-pass filter ( 6 ) in the signal path between both a first digital-to-analog converter ( 11 ) of the first direct digital synthesizer ( 1 ) and the combiner ( 3 ) as well as the second digital-to-analog converter ( 21 ) of second direct digital synthesizer ( 2 ) and the combiner ( 3 ) is arranged.

Signal generator ( 8th ) according to one of claims 9 to 13, wherein a first low-pass filter ( 15 ) in the signal path between a first digital-to-analog converter ( 15 ) of the first direct digital synthesizer ( 1 ) and the combiner ( 3 ) and wherein a second low-pass filter ( 25 ) in the signal path between the second digital-to-analog converter ( 25 ) of the second direct digital synthesizer ( 2 ) and the combiner ( 3 ) is arranged.