DE19648915C2

DE19648915C2 - Verfahren zur Frequenzumsetzung

Info

Publication number: DE19648915C2
Application number: DE1996148915
Authority: DE
Inventors: Detlef Zimmerling
Original assignee: Temic Semiconductor GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: DE19648915A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der Literaturstelle Stadler, Hart mannsgruber: "Meßtechnik", Verlag Senn, Teffnang, 1985, Seiten 55-57 be kannt. Bei diesem Verfahren wird eine schnell ansteigende sägezahnförmige Spannung, deren Frequenz gleich der Frequenz des Eingangssignals ist, mit einer langsam ansteigenden weiteren sägezahnförmigen Spannung verglichen. Als Ver gleichsergebnis wird ein Abtastsignal erzeugt, welches zu den Zeitpunkten, in denen die schnell ansteigende sägezahnförmige Spannung den Wert der langsam ansteigenden sägezahnförmigen Spannung erreicht, schmale Abtastimpulse auf weist. Mit diesem Abtastsignal wird das Eingangssignal abgetastet. Es handelt sich hierbei um eine Unterabtastung, da die Frequenz des Abtastsignals nicht min destens um den Faktor 2 größer als die Frequenz des Eingangssignals ist.

Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens besteht in dem Rücksprung der weite ren sägezahnförmigen Spannung. Aufgrund dieses Rücksprungs setzt sich das durch die Abtastung erzeugte Ausgangssignal aus mehreren aneinandergereihten Kurvenzügen zusammen, wobei jeweils zwei benachbarte Kurvenzüge gegenein ander phasenverschoben sind, d. h. das Ausgangssignal weist an den benachbarten Endpunkten von aneinander angrenzenden Kurvenzügen jeweils einen Phasen sprung auf, so daß es nur bereichsweise dem zeitlich gespreizten Eingangssignal entspricht.

Aus der Druckschrift "Elektronik", 1986, Nr. 13, Seiten 144-146 ist ein Verfah ren zur Frequenzmessung bekannt, bei dem das Eingangssignal mit einem Abtast signal in ein Ausgangssignal umgesetzt wird, wobei die Frequenz des Ausgangs signals mittels einer die Frequenz des Abtastsignals steuernden Phasenregelschlei fe auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. Die Frequenz des Eingangssignals wird dann aus der Frequenz des Abtastsignals errechnet.

Aus der US 5 032 908 ist ein Verfahren zur Frequenzumsetzung bekannt, bei dem eine Frequenzverschiebung durch Unterabtastung vorgenommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem sich Ausgangssignale erzeugen 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 Tellerfaktor 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 U_E 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 U_E, 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 f_E des Eingangssignals U_E die maximal zulässige Taktfre quenz des Direkt-Synthetisierers DS überschreitet, eine Frequenzteilung der Frequenz f_E des Eingangssignals U_E um einen ganzzahligen Faktor N₁ vorge nommen werden. Der Direkt-Synthetisierer DS erzeugt aus dem Taktsignal U_T das Oszillatorsignal U_O, dessen Frequenz f_O kleiner als die Frequenz f_T des Taktsignals U_T ist. Der Kurvenverlauf des Oszillatorsignals U_O 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 f_T des Taktsignals U_T festgelegten zeitlichen Abstand generiert und stellen jeweils denjenigen Wert des Oszillatorsignals U_O 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 U_O. Der Direkt-Synthetisierer DS wirkt als Frequenzteiler mit einem das Verhält nis aus der Frequenz f_T des Taktsignals U_T zur Frequenz f_O des Oszillatorsignal U_O darstellenden nichtganzzahligen Teilerfaktor. Das Oszillatorsignal U_O wird dem Impulsformer IF zugeführt, der daraus das zum Oszillatorsignal U_O frequenz gleiche Abtastsignal U_A erzeugt. Das Verhältnis aus der Frequenz f_E des Ein gangssignals U_E zur Frequenz f_A des Abtastsignals U_A ist demzufolge ein nicht ganzzahliger Faktor, der größer als 1 ist. Das Abtastsignal U_A weist eine Vielzahl schmaler Abtastimpulse auf, deren Breite deutlich schmäler, beispielsweise ca. 10 mal schmäler, als die Periode des Eingangssignals U_E ist und von denen die je weils benachbarten Abtastimpulse um eine Periode f_A ^-1 des Abtastsignals U_A zeit lich voneinander beabstandet sind. Das Eingangssignal U_E wird im Abtast-Halte- Glied AH, das durch das Abtastsignal U_A angesteuert wird, zu Abtastzeitpunkten, die durch die Abtastimpulse des Abtastsignals U_A festgelegt werden, abgetastet. Das Abtast-Halte-Glied AH liefert dann als Ergebnis das Ausgangssignal U_M, dessen Frequenz f_M kleiner als die Frequenz f_E des Eingangssignals U_E ist und dessen Kurvenverlauf dem zeitlich gespreizten Eingangssignal U_E entspricht. Das Eingangssignal U_E kann daher mit dem Abtast-Halte-Glied AH nachgeschalteten Meßgeräten durch Messung des Ausgangssignals U_M gemessen werden. Zwischen Abtast-Halte-Glied AH und Meßgeräte kann zusätzlich ein Tiefpaßfilter TP zur Glättung des Ausgangssignals U_M geschaltet sein.

Claims

1. Verfahren zur Frequenzumsetzung, bei dem ein periodisches Eingangssi gnal (U_E) durch Unterabtastung mit einem Abtastsignal (U_A) in ein bezüglich dem Eingangssignal (U_E) niederfrequenteres Ausgangssignal (U_M) frequenz umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f_A) des Abtast signals (U_A) mittels eines digitalen Direkt-Synthetisierers (DS) vorgegeben wird, welcher durch ein aus dem Eingangssignal (U_E) abgeleitetes Taktsignal (U_T) mit einer zur Frequenz (f_E) des Eingangssignals (U_E) proportionalen Fre quenz (f_T) 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 (U_O) generiert, aus dem ein Im pulsformer (IF) das Abtastsignal (U_A) erzeugt.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß es zur Messung von hochfrequenten Eingangssignalen (U_E) verwen det wird.