Die Erfindung betrifft einen digitalen Frequenz-Synthesizer
laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
Ein Synthesizer dieser Art zur Erzeugung einer Sinuswechsel
spannung ist bekannt (US-Patentschrift 37 35 269). Es ist auch
bekannt, auf diese Weise Dreieckspannungen oder Rechteckspan
nungen zu erzeugen. Dabei können jedoch nur symmetrische Drei
eckspannungen oder Rechteckspannungen mit einem festen Tast
verhältnis von 1 : 1 erzeugt werden, d. h. bei einer Dreieck
spannung ist die Halbperiode mit der ansteigenden Flanke immer
gleich groß wie die Halbperiode der anschließenden abfallenden
Flanke.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen digitalen Frequenz-Synthe
sizer zu schaffen, bei dem nicht nur die Frequenz, sondern
auch das Verhältnis zwischen den aufeinanderfolgenden Teil
perioden der Dreieck- bzw. Rechteckspannung beliebig wählbar
ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Frequenz-Synthesizer
laut Oberbegriff des Patentanspruches durch dessen kennzeich
nende Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Synthesizer ist es möglich,
an den beiden Inkrementregistern unterschiedliche Zahlen
inkremente für die aufeinanderfolgenden Teilperioden der
zu erzeugenden Dreieck- oder Rechteckspannung einzustellen
und damit das Tastverhältnis während einer Periode beliebig
einzustellen. Damit können beliebig unsymmetrische Dreieck-
oder Rechteckspannungen erzeugt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich
nungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen
digital arbeitenden Frequenz-Synthesizers. Dieser besteht
aus einem Addierer 1, dem aus einem Taktgenerator 2 eine
feste Taktfrequenz f c zugeführt wird. Aus einem Inkrement
register 4 werden dem Addierer 1 vorbestimmte Zahleninkremente
5 zugeführt, die an einer Einstellvorrichtung 6 entsprechend
der gewünschten Ausgangsfrequenz f einstellbar sind. Der
Addierer 1 besteht beispielsweise aus einer Summierschal
tung 7 und einem anschließenden Umschalter 8 in Form einer
Exklusiv-Oder-Schaltung 8, über welche der Ausgangswert
der Summierschaltung 7 einem Digital-Analog-Wandler 9 zu
geführt wird. Der Umschalter 8 ist außerdem noch über die
Steuerleitung 10 von der Summierschaltung 7 steuerbar und
zwar ist die Summierschaltung 7 auf einen vorgegebenen Maxi
malwert max und einen vorgegebenen Minimalwert min voreinge
stellt. Der Addierer 1 addiert im Takt der Taktfrequenz f c
die vom Inkrementregister 4 zugeführten Zahleninkremente 5,
bis der voreingestellte Maximalwert max erreicht ist. Der
Digital-Analog-Wandler 9 wandelt diese im Takt der Takt
frequenz ansteigenden Zahlenwerte in entsprechende analoge
Spannungswerte um, so daß am Ausgang 11 eine Treppenspannung
12 entsteht, die der inkrementweise zunehmenden Summe in
der Summierschaltung 7 entspricht. Wenn der Maximalwert max
erreicht ist wird über die Steuerleitung 10 der Umschalter 8
umgeschaltet und der Addierer 1 wirkt damit dann für die
weiterhin zugeführten Inkremente 5 als Subtrahierer, obwohl
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Summierschaltung 7
weiterhin die zugeführten Inkremente 5 addiert. Über den
Umschalter 8 wird also nach Erreichen des Maximalwertes max
von Addieren auf Subtrahieren umgeschaltet, in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel durch Komplementbildung. Auf diese Weise
wird in der anschließenden Teilperiode die treppenförmig ab
fallende Flanke 13 einer Dreieckspannung am Ausgang des Wand
lers 9 erzeugt, bis schließlich der voreingestellte Minimal
wert min der Summierschaltung 7 erreicht wird, woraufhin
wieder der Umschalter 8 auf Addieren umschaltet. Auf diese
Weise wird also digital eine Dreieckspannung erzeugt, die
aus einer ansteigenden ersten Teilperiode 12 und einer ab
fallenden anschließenden zweiten Teilperiode 13 besteht,
diese beiden Teilperioden p i und p d ergeben zusammen eine
volle Periode P dieser Dreieckspannung. Da die beim Auf
summieren erreichten Zahlenwerte max und min des Addierers 1
jeweils den Grenzen der Teilperioden p i und p d entsprechen
kann das entsprechende Steuersignal auf der Steuerleitung 10
auch unmittelbar zum Erzeugen einer Rechteckspannung benutzt
werden, in diesem Fall ist lediglich eine schaltbare Spannungs
quelle 14 mit fest eingestellter Amplitude erforderlich, die
an den Zeitpunkten max und min jeweils umschaltet.
Gemäß der Erfindung besteht das Inkrementregister 4 aus zwei
Einzelregistern 20 und 21, die vorzugsweise als Tri-State-
Inkrementregister ausgebildet sind. Die beiden Register 20
und 21 sind unabhängig voneinander über die Einstelleinrich
tung 6 auf unterschiedliche Zahleninkremente einstellbar.
Neben den Einstellknöpfen 22 zum Einstellen der gewünschten
Ausgangsfrequenz f ist an der Einstelleinrichtung 6 noch ein
zusätzlicher Einstellschalter 23 vorgesehen, an welchem be
liebige Tastverhältnisse zwischen den aufeinanderfolgenden
Teilperioden p i und p d der Gesamtperiode P einstellbar
sind. An dem Einstellknopf 23 kann also beispielsweise
ein Tastverhältnis p i : p d = 5:95 in Prozent eingestellt
werden. Die Einstelleinrichtung 6 enthält einen Mikro
prozessor, der aus diesen voreingestellten Werten für die
Frequenz und für das Tastverhältnis der Dreieck- oder
Rechteckspannung jeweils die Zahleninkremente errechnet,
die jeweils für die unterschiedlich langen Teilperioden p i
und p d nötig sind und deren Summe die der gewünschten Fre
quenz f entsprechende Gesamtperiodendauer P ergibt. Über
den Mikorprozessor der Einstelleinrichtung 6 wird also
beispielsweise das eine Register 20 auf ein Inkrement
eingestellt, zu dem der Addierer 1 die Zeit p i der ersten
Halbperiode benötigt, um ausgehend von seinem vorgegebenen
Minimalwert min seinen Maximalwert max zu erreichen.
Das andere Register 21 wird auf ein Zahleninkrement einge
stellt, zu dessen Subtrahierung der Addierer 1 die Zeit p d
benötigt, um von seinem Maximalwert max wieder den Minimal
wert min zu erreichen. Über die zusätzliche Steuerschaltung
24, die über die Steuersignale der Steuerleitung 10 gesteuert
ist, wird erreicht, daß das eine Register 20 immer während
der Teilperiode p i an den Addierer 1 angeschaltet ist und
an diesen das an ihm eingestellte Inkrement abgibt, während
in der anschließenden Teilperiode p d das andere Inkrement
register 21 an den Addierer 1 angeschaltet ist. Auf diese
Weise wird die in Fig. 2 dargestellte Treppenkurve erzeugt,
deren Gesamtperiodendauer P durch die eingestellte gewünschte
Frequenz f bestimmt ist und deren Tastverhältnis p i :p d jeweils
bestimmt ist durch die in den beiden Registern 20 und 21 ein
gestellten unterschiedlichen Zahleninkremente. Über den Wand
ler 9 wird also eine durch diese Treppenkurve nach Fig. 2
gebildete Dreieckspannung vorbestimmter Frequenz f und mit
vorgegebenem Tastverhältnis erzeugt, am Ausgang des Wandlers
14 entsteht eine entsprechende Rechteckspannung ebenfalls mit
vorgegebenem Tastverhältnis.