DE2241810A1 - Digitaler sinus-funktionsgenerator - Google Patents

Description

KAXDHEL IHDüSTRIES XIO., P.O.Box 36306', Houston, Texas, Y.St.A, Digitaler Sinus-Funktionsgenerator

Die vorliegende Erfindung betrifft einen digitalen Sinusfunktions-Generator zur Erzeugung eines analogen sinusförmigen Signale.

Insbesondere handelt es sich dabei u» einen digitalen Generator

zur Erzeugung eines analogen Signals, das einen Bereich von einer Periode bis zu einer großen Anzahl von Perioden in einem wählbaren Zeitabschnitt von einer Vielzahl von Sekunden durchlaufen kann (wobbel-signal).

Es sind bereits verschiedene analoge Anordnungen zur Erzeugung von seismischen Wobbei-Signaien zur Speisung von variablen seismischen Signalgeneratoren bekennt geworden. Typisch für derartige bekannte Anordnungen sind Dandoerüte mit rotie-

render Trommel, in denen das analoge i/obbel-Signal auf der Trommel aufgezeichnet ist. Eine Umdrehung der Trommel liefert dabei ein Wobb,el-Signal, das mittels üadioUbertragungsvorrichtungen auf zugehörige Vibrationsanalgen Übertragen wird. Bei hochschnellen seismischen Vorgüngen ist jedoch ein kontinuierlicher Betrieb erforderlich, so daß auch eine kontinuierliche RadioUbertragung notwendig wird, welche jedoch eine nicht wünschenswerte Detriebsbedingung darstellt. Darüber hinaus erzeugen derartige analoge Anordnungen Signale, welche mit Schwankungen, großen Verzerrungen und sich wiederholenden Fehler-Wobbel-Signalen verbunden sind.

In typischen bekannten digitalen Anordnungen zur Erzeugung eines Wobbeisignals wird ein vorbespieltes Uibliotheksband verwendet, wobei das Wobbeisignal Über einen Computer digitalisiert und dann auf dem Band gespeichert wird. Im Betrieb wird das Ablenksignal vom Band auf einen Fernspeicher gegeben und sodann mindestens einer Vibratoranlage zugeführt. Gemäß einer Möglichkeit wird das V/obbelsignal ebenso wie bei den vorerwähnten analogen Anordnungen auf dem üadiowege Übertragen, wobei sich die gleichen Probleme in Form einer kontinuierlichen RadioUbertragung usw. ergeben. Gemäß einer anderen Möglichkeit kann in jeder Vibratoranlage ein getrennter Kernspeicher vorgesehen werden, wobei dann die Kerne mittels tiadioUbertragungsanordnungen verbunden werden. Diese Maßnahme erfordert jedoch sehr genaue Verbindungen, um die Kerne zu genau gleichen Zeiten auszuspeisen; das bedeutet r.iit anderen t/orten, daß die Vibrationsquellen synchron betrieben werden müssen. Darüber hinaus

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ist es erforderlich, das Problem der Einspeicherung eines gewünschten i/obbelsignals in den Kernspeicher jeder Vibratoranlage zu lösen. Scliließlich ist auch die Verwendung einer Vielzahl von Kernspeicher!! aufwendig und damit teuer.

Gemäß volriegender Erfindung werden bei einem digitalen Sinusfunktions-Generator der eingang s genannten Art die vorgenannten Nachteile durch folgende Maßnahmen vermieden: einen iiauptoszillator zur Erzeugung eines Paars von Taktsignalen vorgegebener Frequenzen,

einen eines der Taktsignale vorgegebener Frequenz aufnehmenden Frequenzänderungstakt-Generator zur Erzeugung eines Frequenzänderungstakt-Signals wählbarer Frequenz, einen das andere Taktsignal vorgegebener Frequenz und das Frequenzänderungstakt-Signal aufnehmenden Anstiegs-Taktgenera tor zur Erzeugung eines Anstiegs-Taktsignals entsprechend vor gewählter Intervalle zwecks Erzeugung einer gegebenen Sinus-Frequenz,

und einen das .\nstiegs-Taktsignal aufnehmenden digitalen Sinusfunktions-Generator zur digitalen Erzegung von 360 eines Sinusquelle entsprechend einer Periode des gewünschten Analogsignals.

Beim erfindungsgemäßen G_gnerator handelt es sich also um eine digitale Schaltung zur Erzeugung eines analogen Wobbel-Signals variabler Frequenz am Ort jeder Vibratoranlage, v/obei χ-elativ unaufwendige logische Schaltkreise verwendet werden.-

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Der Hauptoszillator erzeugt ein Haar von Taktsignalen, welche im folgenden als Intervallregister-Takt und als Zeitperioden-Register-Takt bezeichnet werden. Diese Taktsignale werden auf den Frequenzänderungstakt-Generator bzw. den Anstiegstakt-Generator gegeben. Die Anzahl der zu durchlaufenden Perioden (der Bereich kann durch digitale Subraktion einer Startfrequenz des Wobbel-Vorgangs von der E_ndfrequenz des Wobbeivorgangs festgelegt werden. Um logische Elemente zu sparen, kann die Anzahl der Perioden auch direkt durch eine Bedienungsperson als Binürzahl eingegeben werden. Das resultierende "Bereichs-Eingangssignal" wird zusammen mit einem Zeiteingangssignal, das der ausgewühlten Zeitdauer des gewünschten Wobbel-Vorgangs entspricht, auf eine Teilerlogik und ein Intervallregister gegeben. Der Dereich wird in die Zeit des UobbelVorgangs mal dem Intervallregister-Takt und mal der Auflösung geteilt. Der resultierende Frequenzünderungs-Takt wird auf ein Frequenzregister des Anstiegstakt-Gonerators gegeben, wodurch das Zeitintervall festgelegt wird, mit dom das Frequenzregister fortgeschaltet wird; damit wird die üciialtfolge erhöht, mit dem ein Anstiegszühler fortgeschaltet wird, v/as im folgenden noch genauer erlüutert wird.

Im Anstiegstakt-Generator findet ein Zeitperiodenregister und eine zugeiiürige Teilerlogik Verwendung, wobei die Uogistcr-Taktfolgeals Zeitbasis dient und eine iiultiplikation dioser Taktfolge mit einer ausgewählten Anzahl von Punkten pro Periode derSinuswelle stattfindet. Das Ergebnis dieser Iiultiplikation wird durch die Frequenz in Frequenzregister geteilt, in das

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der Frequenzünderungs-Takt eingespeist wird, wodurch der Anstiegs-Takt entsteht, welcher in den zur Ze Erzeugung gegebenen Sinus-Frequenz notwendigen genauen Intervallen auftritt.

Der resultierende Änstiegstakt wird auf den digitalen Sinusfunktions-Generator gegeben und tritt zeitlich schneller als die Zeitperiode der geforderten Frequenz auf/ wobei diese Zeit gleich der ausgewählten Anzahl von Punkten in jeder Periode der Sinuswelle ist» Die Anstiegs-Taktsignale schalten einen DinUrzähler fort, der die Punkte in der Sinuswelle digital erzeugt* Ein Festwertspeicher enthält die Sinusfunktionen von 0 - 90 in einer vorgegebenen Anzahl von Speicherstellen in Abhängigkeit von der geforderten Auflösung, er Anstiegszähler adressiert diese Speicherstellen sequentiell. Die notwendigen Adressen für den Zugriff zur Sinusfunktion von 91 - 100 werden durch Komplementärbildung im Zähler erhalten. Die nächsten 180 werden durch vüederholung der vorgenannten schritte unter Verwendung des Sinus-Bits zur Festlegung entgegengesetzten Polarität der Sinusweile erhalten« Für den Zugriff zur Sinusfunktion von 271 - 360 erfolgt eine erneute Komplementörbzldung im Zühle?·

Das über dem SinusfunktioBS-Generator ©rzoygt© digitale Wort ■für die Sinuswelle wird in eine© 0ioital»Ancilog-i\onverter eingospeist, um das analog© Woböei-Signal im erfinclungsgefiiäß©tt ti zu erzeugen.

V/eitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von AusfUhrungsformen anhand der Figuren. Es zeigt:

Fig. 1 ein Olockschaltbild einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemüßen Generators;

Fig. 2-4 jeweils ein Schaltbild von Teilen des Generators nach Fig. 1;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer AusfUhrungsform eines Sinusfunktions-Generators gemüß der Erfindung; und

Fig. 6 ein die Schaltung nach Fig. 5 detaillierter darstellendes Schaltbild.

In der Anordnung nach Fig. 1 liefert ein Stcueroszillator ein Paar vorgegebener Takteingangssignale auf einen Frequenzünderungstakt-Genorator 14 und einen Anstiegstukt-Generator 16. Diese Taktsignale werden als Intervallregister-Takt -IR Takt - und Zeitperiodenregister-Takt - G^i-Takt - bezeichnet. Der Generator 14 enthält eine Oeroicuseingangsstufe 13 zur Festlegung der Anzahl der zu durchlaufenden Perioden (Bereich). Das Bereichseingangssignal wird in eine Teilerlogik 19 eingespeist/ die ihrerseits an ein Intervallregister 20 angekoppelt ist. Die Hobbeizeitdauer v/ird weiterhin auch Über eine Zeiteingangsstufc 22 auf die Teilorlogik 19 gegeben. Der Bereich wird, wie anhand von Fig. 3 noch genauer beschrieben wird,

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durch die Teilerlogik 19 und das Intervallregister 20 in die ifobbel-Zeit mal dem IR-Takt vom Steueroszillator 12 (und der Auflösung) geteilt. Eine Auflösung, die größer oder kleiner als eine Periode ist, erfordert eine Divison oder Multiplikation mit der Auflösungszahi«,

Der resultierende Frequenzänderungstakt wird in ©in Frequenzregister 24 des Anstiegstakt-Generators Io eingespeist» Eine Startfrequenzstufe 24 liefert eine Startfrequenz. Eine Binärzahl,welche den TPR-Takt vom Hauptoszillator 12 darstellt und mit der in Jeder Periode der Sinuswelle ausgewählten Anzahl von Punkten multipliziert wird, wird zur Erzeugung des Anstiegs taktimpulses durch die Frequenz im Frequenzregister 24 geteilt. Beispielsweise entspricht die Frequenz des Frequenzregisters 24 dem vom Frequenzänderungstakt-Generator 14 gelieferten Frequenzänderungstakt - dji«, dies© Frequenz wird durch diesen Takt modifiziert -. Wenn das Frequenzregister unverndert bleibt, kann anstelle eines Kippsignais ein sinusförmiges Ausgangssignal mit konstanter Frequenz erzeugt werden.

Die Teilung der TPR-Taktfrequenz ζυ@χ Erzeugung des Anstiegstaktimpulses erfolgt durch kontinuierliche Subtraktion der Komplementbinürzahl im Frequenzregister 24 von der Binärzaiil injeinem Zeitperiodenregister 30„ Die Subtraktion der beiden Zahlen erfolgt durch eine Teilerlogik 28* Wenn die Zahl im Frequenzregister 24 derart ausreichend oft subtrahiert ist, daß.

das Zeitperiodenregister 30 beim nächsten TPR-Taktsignal negativ wird, so wird ein den Anstiegstakt repräsentierender Impuls auf eine zu einem Anstiegszähler 34 eines digitalen jinusfunktionsgenerator 32 fuhrende Leitung gegeben. Im nächsten Taktzeitpunkt läuft das Zeitperiodenregister 30 Über, wodurch eine Binärzahl erzeugt wird, die gleich dem positiven Rest vor dem überlauf + 4,096 abzüglich dem Inhalt des Frequenzregisters 24 ist·

Der Anstiegstakt tritt mehrmals schneller als die Zeitperiode der geforderten Frequenz auf, wobei die gewählten Zeitpunkten geleich den vorgegebenen Punkten in einer Periode des sinusförmigen Ausgangssignals sind. Die Anstiegstaktsignale schalten einen Anstiegszähler fort, welcher die Anzahl der Punkte der Sinuskurve digital erzeugt. Wie oben erwähnt, bestimmt die gewünschte Auflösung, wie viele Punkte pro Periode erzeugt werden. Der Zählerzustand wird auf einen Anstiegsgenerator gegeben, welcher eine logische Matrix ist und die Sinusfunktionen von 0 - IQO in einem binüren Wort liefert. Der Anstiegsgenerator 36 arbeitet zusammen mit dem höchstwertigen ßit des Anstiegszählers (Sinus-Cit) auf einen digitalen analogen Konverter 33, worin das digitale Ausgangswort ineine Analogspannung Überfuhrt wird, welche der Amplitude der Analog- Sinusform bzw. dem gewünschten Wobbel-Uignal entspricht.

In den Fig. 2 bis 6 sind als Ueispiele Schaltbilder Spezieller logischer Kreise fUr den Frequenzcindcrungstakt-Generator 14, den .'.nstiegstakt-Generator Ιό, den Üteueroszillator i.2 und

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den digitalen Sinusfunktions-Generator 32 dargestellt. . Im Rahmen der Erfindung können jedoch zur Durchführung der für spezielle Anwendungsfälle des digitalen Uobbel-Generators. erforderlichen Funktionen Modifikationen und/oder ein Ersatz von speziellen logischen" Kreisen vorgenomnfe η werden. Beispielsweise enthält die Teilschaltung zur Signalverminderung _;an den Enden des Wobbel-Signals die an Fig. ό unten, dargestellten Elemente. Ist andererseits eia analogessinusförmiges Äusgangssignal konstanter Frequenz erwünscht, so kann der Frequenzänderungstakt-Generator 14 abgeschaltet werden, wodurch das Frequenzregister 24 mit einer konstanten vorgegebenen Frequenz betrieben und nicht durch den Frequenzänderungstakt des Generators 14 gesteuert wird. V/enn dds_;Fre^ quenzregister 24, beispielsweise über eine.Voreinstell-Fingerscheiben-Eingangsanordnung eine Stellfrequenz am Eingang er-., hält, so stellt folglich die Kombination aus Anstiegstakt-Generator 16 und digitalem Sinusfunktionsgenerator 32 einen sehr genauen, in verschiedenen elektronischen Bereichen generell verwendbaren digitalen Oszillator dar.

Fig. 2 zeigt im einzelnen eine AusfUhrungsform des Ausgangssteueroszillators 12 nach Fig. 1. Ein[ Kristalloszillator 40 liefert einen vorgegebenen Takt mit e&ner Frequenz von 524.208 Khz, welcher den vorerwähnten TPR-Takt darstellt« Dieser TPR-Takt wird auf einen rückwärts zählenden Teiler 42 gegeben, welcher um Io herunterteilt, u-jm den vorerwähnten IR-Takt mit einer Frequenz von 32.768 KHz zu erzeugen* Der IR-Takt

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wird weiterhin auf eine Folge von Zählern 44 bis 50 gegeben, welche den Takt zur Bildung eines 1-Sekunden-Taktes um U2,763 teilen. Die Zahlung beginnt, wenn ein Ütart-Flip-Flop62 gestellt wird, wodurch die Rückstelleinggngssignale von den Zählern 44 bis 50 abgeschaltet werden.Auf Zähler.52 und 54 ,. wird ein Zeiteingangssignal gegeben, wodurch eine manuelle Möglichkeit zur Einstellung der Zeitdauer des l/obbel-Signals gegeben ist. Das bedeutet/ daß die Zähler 52 und 54 zur Zeitzählung benutzt werden und zur Bildung eines 9-Sekunden-Uobbelvorgangs auf acht eingestellt werden. Wenn die Zähler alle bis zum "Γ'-Zustand gezählt haben, bewirkt ein B_n-Ausgangssignal des Zählers 54, daß ein Zähler (der bereits die VerminderungsrUckstelldauer-Einstellung besitzt) zu zählen beginnt. Wenn ein B-Ausgangssignal des Zählers 56 seinen tiefen Signalzustand annimmt, wird ein monostabiler Multivibrator 58 getriggert. Ein Oder-Gatter leitet diesen Impuls (oder ein Eingangssignal vom Flip-Flop 62) zur Rückstellung der Signalverminderung weiter. Der Start-Flip-Flop 62 wird an einem Start-Eingang 64 gestellt und am Ende des nächsten 1-Sekunden-Taktes, nachdem das B_n-Ausgangssignal desZählers 54 seinen hohen Signalzustand eingenommen hat, zurückgestellt.

An einen Zähler 68 und an den Zähler 56 ist Über entsprechende Inverter 70 bis 76 ein binärer Verminderungskreis 66 angekoppelt. An die Ausgänge des Zählers 60 ist ein auf einem monostabilen Multivibrator 80 geschaltete Nand-Gatter 78 ange-

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koppelt, wodurch ein Verminderungstakt-Ausgangssignal erzeugt wird. Der Zähler 68 beginnt von der Verminderungseingangsinfoxmation an zu zählen und zählt bis zu einem Gesanit-1-Zustand. Dieser auf das Mand-Gatter 78 gegebene Zustand triggert den$ monostabilen Multivibrator 00 zur Bildung eines Verminderungstakts und stellt den Zähler 68 auf den Verrninderungseingangszustcmd zurück. An einem Eingang 82 wird der Zeitzähler 54 durch ein Betütigungssignal zum Zählen veranlaßt, während am Eingang 64 ein Startsignal auf den Start-Flip-Flop 02 gegeben wird.

Fig. 3 zeigt im einzelnen den Frequenzünderungstakt-Generator 14 mit der Bereichseingangsstufe IC, der Zeiteingangsstufe 22, der Teilerlogik 19 und dem Intervallregister 20. Das Intervallregister 20 enthält eine Folge von Speicherregisterne 84 bis 90, während die Teilerlogik 19 eine entsprechende Folge von Additionsstufen 92 bis 98 enthält. Die Bereichseingangsstufe 18 ist an die Additionsstufen 96, 98 angekoppelt, während die Zeiteingangsstufe 22 über einen Eingang einer Folge von fianci-Gattern 100 bis 108 an die Additionsstufen 92 und 94 angekoppelt ist.

Die Register 84 bis 90 des Intervallregisters 20 sind an entsprechende .Additionsstufen 92 bis 98 der Teilerlogik 19 angekoppelt. Die Teilung des im Intervallregister 20 gespeiciierten Zeiteingangs erfolgt durch wiederholtes Subtrahieren des Dereichseingangs unter Verwendung der Additionsstufen der Teilerlogik 19. Ein Inverter 110 ist an die Additionsstufe SfT. und weiter an einen Einspeicher-Flip-Flop 112 sowie

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In t. -

ein Nand-Gatter 114 angekoppelt. Der Flip-Flop 112 liefert das zweite Eingangssignal fUr das Nand-Gatter 114. Ein Inverter 11ό ist vom Nand-Gatter 114 auf die zweiten Eingänge der Folge von Nadη-Gattern 100 bis 108 geschaltet. Des Ausgangssignal des Inverters 116 wird weiterhin bei 118 als Frequenztinderungstakt vom Frequenzünderungstakt-Genorator 14 abgegeben.

Die logische Schaltung nach Fig. 3 dient zur Erfüllung der Beziehung

ι- u j ±. ι λ. IR.Takt χ Zeit χ Auflösung Frequenzänderungstakt = ' ' ' ' ''

worin der Dereich = f. (hohe Frequenz) τ fr, (tiefe Frequenz) entsprechend der Start- und Endfrequenz ist.

Der FrequenzUnderungstakt-Generator stellt mit ander« Worten eine logische Einrichtung zur digitalen Teilung des Bereichs in das Zeitintervall des Wobbolvorgangs mal dem IR-Takt und mal der Auflösung dar. Die Registertaktfolge wird also als "Zeitbasis" in der Nultiplikaion benutzt, wouei eine Auflösung, welche großer oder kleiner als eine Periode ist, einen entsprechenden Divisions- oder llultiplikationsprozeas mit der Auflösungszahl erfordert. Ist beispielsweise eine Zweiporioden-Auflüsung erwünscht, so werden der Ifl-Takt und die Zeit zur Bildung einer hüiieren Auflösung durch 2 geteilt.

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Der Zeiteingang wird logisch mit dem IR-Takt multipliziert und der Quotient im Intervallregister 20 gespeichert. Dies erfolgt über den Einspeicher-Flip-Flop 112 und den Inverter 110, wodurch das Nand-Gatter 114 und dann die Zoiteingangs-Gatter 100 bis 103 geschaltet werden. Unter Ausnutzung des IR-Taktes werden die Binürwerte des Bereichseingangs ausreichend oft subtrahiert, um eine aufeinanderfolgend kleinere Zahl im Intervallregister 20 zu bilden. In einem bestimmten Zeitintervall nach dem /.nfangszustand des Intervallregisters 20 ist der darin vorhandene Rest kleiner als die Bincirzahl des Bereichseingangs. Danach gibt die Teilerlogik einen Null-Übertragsimpuls über den Inverter 110, der den Zeiteingang mal dem IR-Takt beim nüchsten Taktsignal erneut in das Intervallregister 20 einspeichert.Bei dem auf den Null-Übertrag folgenden Taktsignal wird der Einspeicher-Flip-Flop 112 gestellt und das Gatter 114 gesperrt, wodurch wiederum die Zeiteingangsgatter 100 bis 103 gesperrt werden. Damit wird verhindert, daß nach Erzeugung eines Frequenzünderungstaktsignals bei 118 ein Zeiteingangssignal auf die Teilerlogik 19 gelangt. Daher entspricht das Zeitintervall, in dem die Additionsstufe 92 ihren tiefen Sigoalzustand annimmt, dem vorerwähnten Frequenzänderungstakt. Dieser Takt vom Generator 14 dient zur Steuerung der Taktfolge des Freq» nzregisters des Anstiegstakt-Generators 16.

Fig. 4 zeigt den /.nstiegsgenerator Io nach Fig. 1 mit der Startfreqeunzstufe 26, dem Freqie n'zregister 24, der Teiler logik 20 unddem Zeitperiodenregister 30. Das Freqeunzregi-

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stör 34 enthält sequentielle gekoppelte Aufwürts-Abwärtszähler 120 bis 124, die durch ein Au.v/ürts- und ein Abwürts-Und-Gatter 126 bzw. 12ΰ gesteuert werden. Der Frequenzünderungstakt v/ird als ein Eingangssignal au! die Und-Gatter 126, 120 gegeben. Dcis andere Eingangssignal schaltet das Gatter 120 für ein Abwürtswobbeln und das Gatter für ein /jufwärtswobbeln durch. Die AusgangssignaJe der Startfrequenzstufe 26 werden auf die Aufwärts-Abwürtszähler 120, 124 gegeben. Weiterhin wird zur Speicherung der Startfrequenz- in den /.ufwärts-Abwärts-Zählern 120 bis 124 ein "Freigabe"-Eingangssignal eingespeichert. Die Ausgcngssignale werden auf Additionsstufon 132 bis 136 einer Folge von Additionsstufen 130 bis loo gegeben, welche die Teilerlogik 2d bilden.

Die Additionsstufon 130 bis 136 sind ihrerseitsmit einer Folge von Speichorregistern Ιοϋ bis 144 gepulst, welciio das Zeitperiodenregister 30 nach Fig. 1 bilden. Der CPii-Tukt wird zur Bildung eines Speichertaktes für das Zeitpcriodenregister 20 η die Register I3o bis 144 eingespeist.

Die logische Schaltung nach Fig. 4 stellt eine digitale Anordnung zur Erfüllung der ßeziehung:

Anstiegstakt = WIl -Teilet κ Punkte pro Periode der Sinuswello Frequenz des Froquenzregisturs 1.4

Zu diosciii Z\/cclc v/irJ die Oinürzahl im Froquenzregister 24

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durch kontinuierliche Frequenzaddition als komplementäre Binärzahl in den TPR-Takt geteilt. 1/enn die Zahl im Frequenzregister 24 ausreichend oft subtrahiert ist, damit das Zeitperiodenregister 30 beim nächsten TPR-Taktsignal negativ wird, so wird auf der Übertragsleitung von der Additionsstufe 130 ein Impuls zwecks nachfolgender Einspeisung in den Anstiegszähler 34 des Generators 32 abgegeben (Fig. 1, 5, 6). Der auf der Übertragsleitung (mit 145 bezeichnet) abgegebene Impuls stellt den voren/ähnten Anstiegstakt dar. Das bedeutet, daß das Ubertragsausgangssignal gegen Erde geht, wenn der Rest im Zeitperiodenregister 30 kleiner als der Inhalt des Frequenzregisters 24 ist, wodurch bei 145 der Anstiegstakt erzeugt wird. Zum Zeitpunkt des nächsten TPR-Taktsignals läuft das Zeitperiodenregister 30 über, was zur Erzeugung einer Binärzahl führt, die gleich dem positiven Rest vor dem Überlauf + 4,096 - dem Inhalt des Freque nzregisters 24 ist.

Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild den digitalen ^inusfunktions-Generator 32 nach Fig. 1, welcher ein sinusförmiges Signal konstanter Freqeunz oder ein 1/obbel-Signal mit vorgegebenem Frequenzbereich und vorgegebener. Zeitdauer erzeugen kann. Die Schaltung kann weiter gemäß Fig. 6 modifiziert werden, um eine Möglichkeit zur Verminderung des sinusförmigen Ausgangssignals zu schaffen. Ein Vermindertes Wobbel-Sifjiial eignet sich speziell zur Speisung einer seismischen Quelle.

Gemäß Fig. 5 wird der vorerwähnte Anstiegstakt über die Lei-

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tung 145· in den Anstiegszähler 34 eingespeist, dessen Ausgangssignale wiederum in den . .nsteigsgengerator Go eingespeist werden. Speziell v/erden die Ausgangssignale des Anstiegszählers in eine koraplemntäre litufe 146 eingespeist, welche ihrerseits auf einen Festwertspeicher 148 arbeitet. Dieser Festwertspeicher 148 ist an den digitalen

ter

analogen Konver/33 angekoppelt, der ein analoges sinusförmiges Ausgangssignal (d.h. das analogen Hobbel-Signal gemäß Fig. l) liefert. Wie Fig. 5 zeigt, adressieren die Bits 2 bis 2 die Sinusfunktion von O - 90 , welche im Fest-

wertspeicher 148 gespeichert ist. Das 2 -Dit bildet die Adresse fUr den Zugriff zur Sinusfunktion von 91 - 180 durch Komplementärbildung im Anstiegszähler 34, während das 2 -Dit das auf den Digital-Analog-Konverter 38 gegebene Sinus-Bit für den Zugriff zur Sinusfunktion von 181 - 300 ist.

Speziell wird die Sinus -Funktion mittels des Generators 32 durch Adressierung des Festwertspeichers 138 erzeugt, der die üinusfunktion von 0 - 90 in Abhängigkeit von der geforderten Auflösung in einer vorgegebenen Anzahl von Stellen enthält. Der Anstiegszähler 34 dient zur sequentiellen Adressierung der Stellen von 0-90 Über die ersten fUnf Bits. Die fUr den Zugriff zur Sinusfunktion von 91 - IuO notwendigen Adressen werden durch Komplementbildung des Zählers 34 Über das sechste Bit erhalten. Üie Zülilfolge wird ohne das Komplement fUr die Sinusfunktion von 101 - 270 wiederlilot, wobei das Sinusbit (7. Bit) die entgegengesetzte Polarität der Sinuswelle angibt.

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Der Anstiegszähler 34 wird in Verbindung mit dem Sinus-Bit erneut einer Koapleiaentbildung unterzogen, um den Zugriff zur Sinusfunktion um 271 - 360 zu schaffen. Das resultirende Ausgangssignal ist ein eine Periode des Sinus-Signals repräsentierendes digitales Uort, das bei Einspeisung in den Digital-Analog-Konverter 38 zur Erzeugung des analogen sinusförmigen Ausgangssignals im Sinne der Erfindung führt. Es ist zu bemerken, daß die Anstiegs-Taktfrequenz größer als die gewünschte Analogfrequenz des Ausgangssignals ist und zwar um eine Zahl, welche gleich der pro Periode des sinusförmigen Signals gewählten Anzahl von Stellen ist. Beispielsweise enthält oex Festwertspeicher 148 die Sinusfunktion von 0-90 in ο bis 31 Stellen. Der Anstiegszähler 34 adressiert jede dieser Stellen von 0 - 31, wonach die Logik das !Complement der fünften Bit-Adresse bildet; wenn der Anstiegszälher 34 weiter aufwärts zählt, zählt die Adresse abwärts von 31 - 0. Bis hierher liefert der Festwertspeicher 143 das digitale Uort für ioO einer Sinuswelle· IJie oben erwähnt, werden die nächsten ISO durch Wiederholung der vorgenannten Schrittee mit dem Komplement des Sinus-Bits erhalten.

Fig. 6 zeigt im einzelnen den digitalen Sinusfunktions-Generator 32 nach Fig. 5, welcher zusätzlich eine digitale Logik zur Bildung einer Signalverminderung an denEnden des Wobbeisignals enthält. In Fig. 6 sind der Anstiegszähler 34, der Anstiegsgenerator 36 und der Digital-Analog-Konverter 38 vorerwähnter Art gemäß Fig. 1 und speziell Fig. 5 dargestellt. Weiterhin ist die die Signalverminderung erzeugende Logik der vorerwähn-

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ten Art dargestellt, welche eine Vendnderungs-Logikstufe 150 und einen Veruinderungsgenerator 152 enthält, tfoiterhin ist eine unpolar arbeitende Logik 154 vorgesehen, welche einen Unipolarbetrieb ermöglicht, was io folgenden noch erläutert wird. Ist eine Verminderung des durch den erfindungsgenäßen Generator erzeugten Mobbelsignals nicht erwünscht, so können dieVerrainderungs-Logikstufe 150 und der Venainderungsgenerator 152 entfallen, wobei das Ausgangss ignal des Anstiegszahlers 34 direkt auf die Koapleoentärstufe 146 des Anstiegsgenerators 36 gegeben wird. Das Ausgangssignal des Festwertspeichers 148 wird dann direkt in den digitalen analogen Konverter 38 zur Üildung des analogen Uobbelsignals eingespeist.

Der Ansticgszühler 'J4 enthalt ein Zahlerpaar 156, 153, wobei der Zahler 156 den von der Teilerlogik 28 des Anstiegstakt-Generators 16 gelieferten Anstiegstakt aufniaat. Die Zahler 156, 153 nehaen weiterhin den vom oben erwähnten Start-Flip-Flop 62 (Fig. 2) gelieferten RUckstell-Eingangsiapuls auf. Die Ausgangssignale der Zahler 156, 158 werden auf Additionsstufen 160, 162 gegeben. Ein vom Flip-Flop 80 nach Fig. 2 gelieferter Verminderungs-Takt wird in ein Und-Gatter 164 eingespeist, welches an Ausgang des Zählers 166 angekoppelt ist. Die Ausgangsleitung des Zahlers 166 ist Über einen Inverter 160 auf den anderen Eingang des Und-Catters 164 geführt. Der Verminderungs-RUckstellimpuls wird voa Hautposzillator 12 nach Fig. 2 in den Zähler Ιόό eingespeist.

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Der Rückstellimpuls wird auf einen zweiten Zühler 170 gegeben, wobei die Ausgangssignale der Zähler Ιόό, 170 in erste Eingänge einer Folge von Verminderungs-Logik-Und-Gatter 172 - 104 eingespeist werden. Die zweiten Eingangssignale für diese Und-Gatter 172 - 184 v/erden über einen Inverter 136 von der Anstiegs-Taktleitung 145 geliefert. Die Ausgangsüfgnale der Und-Gatter 172 - 178 sowie ISO - 184 v/erden zusammen mit den entsprechenden Ausgangssignalen der Zühler 156, 158 auf die Zähler 160 und 162 gegeben.

Die Ausgangssignale der /.dditionsstufen 160, Iü2 werden auf die Komplementärstufe 146 gegeben, welche einen Basis/Komplement-Logik-Chip 188, einen Inverter 190 und ein Exklusiv-Oder-Gatter 192 enthält. Das Ausgangssignal des Zählers 188 und des Gatters 192 werden in den Festwertspeicher 143 eingespeist. Der Logik-Chip 188 liefert eine Dasis-Sinusfunktion, wenn das eingespeiste Steuersignal seinen hohen Signalszustand besitzt.

Die Unipolar-Logik enthält ein Paar von Dasis/Komplement-Logik Chips 194, 196, welche an den Ausgang des Festwertspeichers angeikoppelt sind. Diese unipolar arbeitende Logik 154 dient zur Invertierung der vom Festwertspeicher 148 gelieferten Sinusfunktion, ur.i für Unipolarbetrieb das richtige digitale i/ort in den digitalen analogen Konverter 38 einzuspeisen; Der Betrieb erfolgt also nur in einer Polarität. Die Ausgangssignale der Logik-Chips 194, 196 werden im Register 198 und 200 und sodann in Additionsstufen 202, 204 des Verminderungsgenerators 102 eingespeist. Der /.nstiogstakt wird ebenfalls in die Register I9ü, 200 eingespeist. Von der Additionsstufe 162 wird

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ein 3inus-Uit als Eingangssignal in die Logik-Chips 194, 196, das Register 190 und die Additionsstufe 202 eingegeben. Dj[e nusgangssignaleeder ..dditionsstuien 202, 204 dienen zur Adressierung eines Paars von llalteregisterne 206, 200 eines Anstiegsregisters 210, das, wie dargestellt, den digitalen analogen Konverter 30 enthült. Die digitalen Ausgangswörter der Register 206, 203 werden ba 212 abgegeben und weiterhin in den Digital-Analog-Konverter 38 eingespeist, um das analoge Kippsignal im erfindungsgemäßen Sinn zu bilden.

Die Erzeugung einer Verminderung an den Enden des analogen Wobbelsignals erfolgt unter Verwendung des Festwertspeichers zur Festlegung der Verminderungswert«. Zu diesem Zweck wird die Einspeisung des Inhalts der Vorminderungszähler Ιόό, 170 in die Additionsstufen 160, 162 durch die Und-Gatter 172 bis 184 verhindert, wenn der Anstiegstakt seinen hohen Signalzustand besitzt. Dann werden nur die Anstiegszähler-Adressen und das Sinus-Üit in den Festwertspeicher 140 gegeben.

üeim übergang des Anstiegstakts vom holten zum tiefen Signalzustand wird die durch den A-stiegszühler erzeugte Sinusvunktion lediglich zur Speicherung vom Festwertspeicher 140 in die Reigstcr 190, 200 eingegeben.

Besitzt der Anstiegstakt seinen tiefen Signalzustand, so können die Und-Gatter 172 - 104 den Inhalt der Verminderungs-

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zähler Ιόυ, 170 in die Additionssstufen 160, 102 eingeben, welche die Ausgangssi gncile des Verminderung szUJh ers zu den Ausgangssignalen des Anstiegszühlers zur Dildung einer ,-dresse addieren, welche die Sinusfunktion für die Verminderung erzeugt. Diese Sinusfunktion wird zu der Anstiegsü.nuofunktion in den Registern 19G, 200 hinzuaddiert, ura den Punkt auf dem Anstieg mit der Signalverminderung zu erzeugen. Aufgrund der Inversion des höchstwertigen Bits vom Verminderunyszühler 170 (über einen Inverter 214) liegen diese Sinusrunktionen um 100 außer Phase." '..'erden sie addiert, so führt dies zu einem Ausgangssignal mit der Amplitude Null. Dq die Phasenverschiebung von 100 bis gegen 0 abnimmt, liefern die kombinierten Sinusfunktionen eine von IJuXl bis zu einem Maximum zunehmende Phase, was insgesamt ©ine üignalvermindex'ung bedeutet.

Der Vorgang wird kontinuierlich wiederholt, bis die Verminderungszähler 166, 170 64 mal foigeschaltet sind, bzw₀ 64 Schatlzustände durchlaufen haben (in diesem Beispiel)« Sodann wird ein weiteres Fortschalten verhindert; d.h., das vom Vermindorungszähler 166 auf den Inverter Ιόυ gegebene Aus» gangssignal nimmt seinen hohen Signalzustand an, wodurch das Und-Gatter 164 gesperrt wird. In diesem Zeitpunkt wird .der Anstiegszähler-Adresse eine Vermindeungsadresse IJuIl hinzuaddiert, was zu zwei genau in Phase befindlichen Sinusfunktionen führt. Werden diese beiden Sinusfunktionen über den Vermindorungsgenerator 152 addiert, so wird ein Signal mit voller bzw. maximaler Amplitude auf di© H*-alteregister 206,200 gegeben.

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Claims (1)

1. P Λ T E fJ T ;. !! G P ίϊ Ü C Il E

   ( 1./Digitaler Üinus funktionsgenerator zur Erzeugung eines

   analogen sinusförmigen Signals, gekennzeiciinet durch einen llauptoszillator (12) zur Erzeugung eines Paars von Taktcignalen (Hi; TPIl) vorgegebener Frequenzen, einen eines der Taktsignale (ItO vorgegebener Frequenz aufnemendon Frequenzünderungstakt-üenerator (14) zur Erzeugung eines Frequenzünderuriystakt-Gignals v/Uidbarer Frequenz,

   einen das andere Taktsignal (ΤΡίϊ) vorgegebener Frequenz und das Frequenzuncioruncjotakt-oignal aufneiimenden Anstiegstakt-Generator (lo) zur Erzeugung eines ,instiegstakt-vagnals entsprecliencl vorgewählter Intervalle zwecks Erzeugung einer gegebenen Ginuafrequenz,

   und durch einen das Ansticgstakt-Cagnal auinoiiuenden Uigital-Sinusfunktions-Gonerator (32) zur digitalen crzougung von ΟύΟ einer 3inuav/elle entsprechend einer Periode des gewünschten Analogsignals.

   2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, cJcsH der Frequenzüncleru ngstakt einor vorgegebenen Frequenzänderung einer Sinuswelle in einem vorgewählten Frequenzbereich iUr ein gegebenes Zeitintervall entspricht.

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   L-. Generator nach /.nsprucli 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegstakt-Generator (16) folgende Komponenten enthälti

   ein Frequenzregister (24) zur Aufnahme des Frequenzänderunösxakt-Signals vom Frequenzcinderungstakt-Generator (14),

   eine an das Frequenzregister (24) angekoppelte Teilerlogik {20) f und ein das andere Taktsignal (TPFv) vom Hauptoszillator (12) aufnehmendes und α η die Teilerlogik (20) angekoppeltes Zeitperiodenregister (30), wobei die Teilerlogii; (2u) als Funktion der Taktfrequenz des Zeitperiodenregisters (oO) und des rrequenzregisters (24) das Anstiegstakt-Signcil erzeugt.

   4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Sinus funktionsgenerator (14) folgende Komponenten enthält:

   einen das Anstiegstakt-Signal vom Anstiegstakt-Generator (lo) aufnehmenden Anstiegszühler (34) und einen an den /-,nstiegszähler (34) angekoppelten Anstiegsgenerator (36), der einen die Sinusfunktion von 0 - VO enthaltenden Festwertspeicher (140) zur Erzeugung eines das Sinussignal repräsentierenden digitalen Worts aufweist.

   5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur Erzeugung eines uobbcl-Ausgangscignals,. dadurch gekennzeichnet, daß der ein variables i-'recjuenzünderungstakt-Signal liefernde

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   Frequenzünderungstakt-Generator (14) folgende Komponenten enthülti

   eine Zeiteingangsstufe (22) zur Einspeisung einer dem gegebenen Zeitintervall des Sinussignals entsprechenden Dinürzahl,

   eine Beroichs-Eingangsstufe (lu) zur Einspeisung einer dem Frequenzbereich des Sinussignals entsprechenden Binürzahl, eine an die Zeiteingangsstufe (22) und die Bereichs-ilingangsstufe (lu) angekoppelte Teilerlogik (19), und ein an die Teilerlogik angekoppeltes und das eine Taktsignal (IR) vom Uaup'kOzsillator (12) aufnehmendes Intervallregister (20), das zusammen mit der Teilerlogik (19) eine Teilung des Frequenzbereichs in die Uobbelzcit mal dem Takt (IR) und der Auflösung durchfuhrt, v/o bei die Teilerlogik (19) das Frequenztinderungstakt-Signal als Funktion der Taktfrequenz des Intervallregisters liefett.

   6. Generator nach einem der /.nsprUche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Sinusfunktions-Generator (32) weiterhin eine an den . .nstiegszUhler (o4) und den Anstiegsgenerator (36) gekoppelte Gignalverminderungsschaltung (150, 152, 210, 143) zur Verminderung des erzeugten Uobbolsignals aufweist.

   7. Generator nach Anspruch o, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Signalverminderungsschültung (ΐΰΟ, 152, 210, 14G) folgende Komponenten enthält:

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   eine zv/ischen den Anstiegszöiiler (34) und den Anstiegsgeneraetor (06) gekoppelte Verniinderuni,slogik (lüO) zur Erzeugung einer, eine ausgewählte Sinusfunktion für die 'jignalverminderunrj liefernden Adresse, einen an den Anstiegsgeneracor (.36) angekoppelten Verminderungsgenerator (152) zur Addition der Anstiegs-Sinusfunktion und der Verminderungs-Sinusfunktion, ein an den Verminderungsgenerator (152) angehoppeltes /.nstiegsregister (210),

   und einen an das Ansti gsregister (210) angekoppelten Üigital-Analogkonverter (148).

   0. Generator nacli einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiteingangsstufe (22) eine Folge von digitalen Gattern (lOO, 102 ..., 108) aufweist, daß die Teilerlogik (19) erste an die digitalen Gatter (100, 102, ..., 108) angekoppelte Additionsstufen (92,94), zweite, an die Bereichs-Eingangsstufe (18) angekoppelte Additionsstufen {96_t 98) sowie einen an die ersten Additionsstufen (92, 94) angekoppelten Flip-Flop (112) aufweist,

   aaß das Intervallregister (20) erste an die ersten Additionsstufen (92, 94) angekoppelte Zähler (84, 8ό) und zweite, an die zweiten Additionsstufen (96, 98) angekoppelte Zähler (88, 90) aufweist,

   und daß ein Hullübertragsimpuls in den Flip-Flop (112) einge speist wird, wenn der Rest des Zühlereinhalts kleiner als

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   die UincJrzahl c!er Cereichs-Eingungsstufe (lu) iac und dor Flip-Flop die digitalen Gutter (lOO, 102, ... , 10*3) über die Erzeugung des Fratjuenziinderuncjstakt-Siijnals durchachaltet.

   y. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis G, dadurch gekennzeichnet, daß im Anstiegstakt-Gonorcitor (16) eine Startfrequenzstufe (2ύ) vorgesehen ist,

   daß das Frequenzregister (24) an die Startfrequenzstufo (16) angekoppelte Aufwürts-Abwürtszähler (120, 11-2, 124) sowie das Frequenzünderungstakt-^ignal auf die . ,uvwrts-AbwUrtszühler koppelnde Aufwürts-Abwürtsgatter (Ι2ό, 12ü) aufweist,

   daß die Teilerlogik (2ü) des Anstiegstakt-Generators (ΐύ) dritto an die Aufwärts-Abv/ürtszähler (120, 122, 124) ungekoppelte Additionsstuven (130, 132, 134, 13ό) aufweist, daß das Zeitperiodenregister (30) dritte, an die dirtten Additionsstufen (130, 132, 134, 136) ungekoppelte Zähler (138, 140, 142, 144) aufweist,

   und daß Über die dritten Additionsstufen (130, 132, 134, 136) ein dem Anstiegstakt-Signal entsprechender Übertragsimpuls erzeugt wird, wenn der Rest des Zeitperiodenregister-Inhalts kleiner ist als die im Frequenzregister (24) enthaltene Binurzahl.

   10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderungslogik (l50) an den Anstiegszühler (34) angekoppelte Additionsstufen (160, 162) enthült,

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   daß an die Additionsstufen (ΐόΟ, 162) Über das Anstiegstaktsignal aufnehmende digitale Gatter (172, 174, ..., 184) Zähler (166, 170) angekoppelt sind, daß der Vermnderungsgenerator (152) ein Paar von Registern (190, 200) aufweist, die an ein Paar von Additionsstufen (202, 2Ov) angekoppelt sind, um die vom Anstiegszähler (34) und die von den Zäiilern (166, 170)' in der Verminderungslogik (150 ) gelieferten Sinusfunktionen zu addieren, und daß dos Anstiegsregister (210) ein Paar von an die Additionsstufen (202, 204) angekoppelten Registern (206, 208) aufweist.

   11. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegsgenerator (36) eine an den Anstiegszühler (34) angekoppelte Komplementärstufe (146) zur Erzeugung eines Digitalwortes aufweist, das den Bereich bis 360 der Sinusfunktion umfaßt, di< Festwertspeicher (l40) enthalten ist.

   bis 360 der Sinusfunktion umfaßt, die von 0 - 90 im

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