DE19648915A1 - Verfahren zur Frequenzumsetzung - Google Patents
Verfahren zur FrequenzumsetzungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der Literaturstelle Stadler,
Hartmannsgruber: "Meßtechnik", Verlag Senn, Tettnang, 1985, Seiten 55 - 57
bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine schnell ansteigende sägezahnför
mige Spannung, deren Frequenz gleich der Frequenz des Eingangssignals
ist, mit einer langsam ansteigenden weiteren sägezahnförmigen Spannung
verglichen. Als Vergleichsergebnis wird ein Abtastsignal erzeugt, welches zu
den Zeitpunkten, in denen die schnell ansteigende sägezahnförmige Span
nung den Wert der langsam ansteigenden sägezahnförmigen Spannung er
reicht, schmale Abtastimpulse aufweist. Mit diesem Abtastsignal wird das
Eingangssignal abgetastet. Es handelt sich hierbei um eine Unterabtastung,
da die Frequenz des Abtastsignals nicht mindestens um den Faktor 2 größer
als die Frequenz des Eingangssignals ist.
Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens besteht in dem Rücksprung der
weiteren sägezahnförmigen Spannung. Aufgrund dieses Rücksprungs setzt
sich das durch die Abtastung erzeugte Ausgangssignal aus mehreren anein
andergereihten Kurvenzügen zusammen, wobei jeweils zwei benachbarte
Kurvenzüge gegeneinander phasenverschoben sind, d. h. das Ausgangssi
gnal weist an den benachbarten Endpunkten von aneinander angrenzenden
Kurvenzügen jeweils einen Phasensprung auf, so daß es nur bereichsweise
dem zeitlich gespreizten Eingangssignal entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem sich Ausgangssignale er
zeugen lassen, die keine Phasensprünge aufweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Abtastsignal mittels
eines digitalen Direkt-Synthetisierers, der durch ein aus dem Eingangssignal
abgeleitetes Taktsignal angesteuert, d. h. getaktet wird, wobei die Frequenz
des Taktsignals zur Frequenz des Eingangssignals proportional ist, kontinu
ierlich und ohne zeitliche Verzögerung erzeugt werden kann. Die Frequenz
des Abtastsignals wird dabei durch den Direkt-Synthetisierer vorgegeben
und ist, da der Direkt-Synthetisierer durch das Taktsignal getaktet wird,
auch von der Frequenz des Taktsignals abhängig.
Der Direkt-Synthetisierer wird vorzugsweise derart programmiert, daß er als
Frequenzteiler mit einem nichtganzzahligen Teilerfaktor wirkt. Die Frequenz
des Taktsignals ist demzufolge größer als die Frequenz des Abtastsignals und
sie ist zudem keine harmonische Frequenz der Frequenz des Abtastsignals.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens generiert der Direkt-Syn
thetisierer zunächst ein Oszillatorsignal aus dem ein Impulsformer das Ab
tastsignal erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereinigt mehrere Vorteile in sich:
- - Es läßt sich bestens zur Messung eines hochfrequenten Eingangssi gnals einsetzen, da die Frequenz des Ausgangssignals durch eine ge eignete Programmierung des Direkt-Synthetisierers auf einen Fre quenzwert eingestellt werden kann, der im zulässigen Frequenzbe reich eines zur Messung verwendeten Meßgerätes liegt. Die Messung des Eingangssignals wird dann auf eine Messung des Ausgangssignals zurückgeführt.
- - Es ist zur Spektralanalyse des Eingangssignals einsetzbar, da das Aus gangssignal keine durch die Abtastung bedingte Phasensprünge auf weist und das Frequenzspektrum des Ausgangssignals demzufolge dem Frequenzspektrum des Eingangssignals entspricht.
- - Es eignet sich bestens zur Messung von durch Frequenzmodulation oder Phasenrauschen gestörten Eingangssignalen, da die Periode des Abtastsignals bei einem frequenzmodulierten Eingangssignal auf grund des als Frequenzteiler wirkenden Direkt-Synthetisierers derart variiert wird, daß beim frequenzmodulierten Eingangssignal die glei chen Signalwerte wie beim unmodulierten, d. h. ungestörten, Ein gangssignal abgetastet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur, die als Ausführungsbei
spiel eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeigt, näher beschrieben.
Gemäß der Figur wird das Eingangssignal UE dem Eingang E eines Leistungs
teilers LT und über den Leistungsteiler LT dem Abtast-Halte-Glied AH und der
Taktableiteinheit TA zugeführt. Die Taktableiteinheit TA erzeugt aus dem
Eingangssignal UE, beispielsweise durch Verstärkung und Impulsformung,
das Taktsignal UT, welches dem Takteingang TE des digitalen Direkt-
Synthetisierers DS zugeführt wird und die Zeitbasis des Direkt-
Synthetisierers DS vorgibt. In der Taktableiteinheit TA kann des weiteren,
falls die Frequenz fE des Eingangssignals UE die maximal zulässige Taktfre
quenz des Direkt-Synthetisierers DS überschreitet, eine Frequenzteilung der
Frequenz fE des Eingangssignals UE um einen ganzzahligen Faktor N1 vorge
nommen werden. Der Direkt-Synthetisierer DS erzeugt aus dem Taktsignal UT
das Oszillatorsignal UO, dessen Frequenz fO kleiner als die Frequenz fT des
Taktsignals UT ist. Der Kurvenverlauf des Oszillatorsignals UO läßt sich dabei
durch eine Reihe von digitalen Datenwörtern vorgegeben, welche vom Di
rekt-Synthetisierer DS, beispielsweise durch Auslesen eines Speichers
und/oder durch Berechnung nach einem bestimmten Algorithmus, ge
neriert werden. Die Datenwörter werden nacheinander in einem durch die
Frequenz fT des Taktsignals UT festgelegten zeitlichen Abstand generiert und
stellen jeweils denjenigen Wert des Oszillatorsignals UO dar, den dieses zu
dem Zeitpunkt, in dem das jeweilige Datenwort generiert wird, aufweist.
Eine Analog-Digital-Wandlung der Reihe von Datenwörtern und ggf. eine an
schließende Glättung des durch die Analog-Digital-Wandlung erzeugten Si
gnals liefert dann den gewünschten Kurvenverlauf des Oszillatorsignal UO.
Der Direkt-Synthetisierer DS wirkt als Frequenzteiler mit einem das Verhält
nis aus der Frequenz fT des Taktsignals UT zur Frequenz fO des Oszillatorsignal
UO darstellenden nichtganzzahligen Teilerfaktor. Das Oszillatorsignal UO wird
dem Impulsformer IF zugeführt, der daraus das zum Oszillatorsignal UO fre
quenzgleiche Abtastsignal UA erzeugt. Das Verhältnis aus der Frequenz fA des
Abtastsignals UA zur Frequenz fE des Eingangssignals UE ist demzufolge ein
nichtganzzahliger Faktor, der größer als 1 ist. Das Abtastsignal UA weist eine
Vielzahl schmaler Abtastimpulse auf, deren Breite deutlich schmäler, bei
spielsweise ca. 10 mal schmäler, als die Periode des Eingangssignals UE ist
und von denen die jeweils benachbarten Abtastimpulse um eine Periode fA -1
des Abtastsignals UA zeitlich voneinander beabstandet sind. Das Eingangs
signal UE wird im Abtast-Halte-Glied AH, das durch das Abtastsignal UA ange
steuert wird, zu Abtastzeitpunkten, die durch die Abtastimpulse des Abtast
signals UA festgelegt werden, abgetastet. Das Abtast-Halte-Glied AH liefert
dann als Ergebnis das Ausgangssignal UM, dessen Frequenz fM kleiner als die
Frequenz fE des Eingangssignals UE ist und dessen Kurvenverlauf dem zeitlich
gespreizten Eingangssignal UE entspricht. Das Eingangssignal UE kann daher
mit dem Abtast-Halte-Glied AH nachgeschalteten Meßgeräten durch Mes
sung des Ausgangssignals UM gemessen werden. Zwischen Abtast-Halte-Glied
AH und Meßgeräte kann zusätzlich ein Tiefpaßfilter TP zur Glättung des Aus
gangssignals UM geschaltet sein.
Claims (4)
1. Verfahren zur Frequenzumsetzung, bei dem ein periodisches Eingangssi
gnal (UE) durch Unterabtastung mit einem Abtastsignal (UA) in ein bezüglich
dem Eingangssignal (UE) niederfrequenteres Ausgangssignal (UM) frequenz
umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fA) des Abtast
signals (UA) mittels eines digitalen Direkt-Synthetisierers (DS) vorgegeben
wird, welcher durch ein aus dem Eingangssignal (UE) abgeleitetes Taktsignal
(UT) mit einer zur Frequenz (fE) des Eingangssignals (UE) proportionalen Fre
quenz (fT) getaktet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Direkt-Syn
thetisierer (DS) derart programmiert wird, daß er als Frequenzteiler mit
nichtganzzahligen Teilerfaktor wirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Di
rekt-Synthetisierer (DS) ein Oszillatorsignal (UO) generiert, aus dem ein Im
pulsformer (IF) das Abtastsignal (UA) erzeugt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß es zur Messung von hochfrequenten Eingangssignalen (UE) verwen
det wird.
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