DE3613505C1

DE3613505C1 - Digital frequency synthesizer

Info

Publication number: DE3613505C1
Application number: DE19863613505
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl-Ing Loeffler
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1986-04-22
Filing date: 1986-04-22
Publication date: 1987-05-07

Abstract

In a digital frequency synthesizer for generating a triangular voltage, in which number increments are alternately added and, respectively, subtracted in an adder in successive part-periods controlled by a clock generator, a switch is arranged between the clock generator and the adder, which switch, when a predetermined number value is reached, disconnects the clock generator from the adder via a binary comparator connected to the output of the adder.

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Frequenz-Synthesizer laut Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to a digital frequency synthesizer according to the preamble of the claim.

Ein Frequenz-Synthesizer dieser Art zum Erzeugen von Sinus spannungen ist bekannt (US-Patentschrift 37 35 269). Es ist auch bekannt, auf diese Weise digital Dreieck- oder Recht eckspannungen zu erzeugen. A frequency synthesizer of this type for generating sine waves tensions is known (US Patent 37 35 269). It is also known in this way digital triangle or right to generate corner stresses.

Für bestimmte Meßaufgaben ist es oftmals erforderlich, eine Dreieck- oder Sinusspannung bei einer vorbestimmten Phase (vorbestimmten Zeitpunkt des Dreieckspannungs- bzw. Sinus spannungsverlaufes) zu stoppen bzw. zu starten. Bei den be kannten Frequenz-Synthesizern ist der Startzeitpunkt immer vorgegeben durch den am Addierer eingestellten Minimalwert, ebenso der Stopzeitpunkt.For certain measuring tasks it is often necessary to have a Delta or sine voltage at a predetermined phase (predetermined point in time of the triangular voltage or sine voltage profile) to stop or start. With the be known frequency synthesizers, the start time is always specified by the minimum value set on the adder, also the stop time.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen digitalen Frequenz- Synthesizer zu schaffen, dessen Ausgangsspannung bei jeder beliebigen Phase gestoppt bzw. gestartet werden kann.It is an object of the invention to provide a digital frequency To create synthesizers whose output voltage at each any phase can be stopped or started.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Frequenz-Synthesizer laut Oberbegriff des Patentanspruches durch dessen kennzeich nende Merkmale gelöst. This task is based on a frequency synthesizer according to the preamble of the claim by its character characteristics solved.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Dreieckspannung oder eine davon abgeleitete Sinusspannung zu einem be liebigen vom Benutzer einstellbaren Zeitpunkt zu stoppen oder zu starten. Damit können für spezielle Meßaufgaben beispielsweise Burst-Impulse digital erzeugt werden, die mit einer vorbestimmten Phase beginnen und enden. Das Stoppen der erzeugten Dreieckspannung erfolgt über den erfindungsgemäß vorgesehenen zusätzlichen Komparator, der Start mit einer vorbestimmten Phase kann entweder von Hand durch wieder Schließen des über den Komparator ge steuerten Schalters erfolgen oder das Wiederanschalten der Taktfrequenz erfolgt gesteuert über einen Mikropro zessor, in welchem vorbestimmte Intervallzeiten zum Wieder einschalten mit der vorgegebenen und im Addierer eingegebenen Phase einstellbar sind. Auch eine externe Wiedereinschaltung über entsprechende Trigger-Impulse eines Meßobjektes ist möglich.According to the invention it is possible to use a triangular voltage or a sine voltage derived from it to a be stop any user-adjustable time or to start. It can be used for special measuring tasks for example, burst pulses are generated digitally start and end at a predetermined phase. The The triangular voltage generated is stopped via the additional comparator provided according to the invention, the start with a predetermined phase can either be from Hand by closing the ge over the comparator controlled switch or switch on again the clock frequency is controlled by a micropro processor, in which predetermined interval times for re- switch on with the specified and entered in the adder Phase are adjustable. Also an external restart via corresponding trigger impulses of a measurement object possible.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeich nungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is based on the schematic drawing tions explained in more detail using an exemplary embodiment.

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 die 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. Fig. 1 shows the principle diagram of an inventive digitally operating frequency synthesizer. This consists of an adder 1 , to which a fixed clock frequency f _{c is} supplied from a clock generator 2 . From an increment register 4 , predetermined number increments 5 are fed to the adder 1 , which can be set on an adjusting device 6 according to the desired output frequency f . The adder 1 consists, for example, of a summation circuit 7 and a subsequent switch 8 in the form of an exclusive or circuit 8 , via which the output value of the summation circuit 7 is passed to a digital-to-analog converter 9 . The changeover switch 8 can also be controlled by the summing circuit 7 via the control line 10, namely the summing circuit 7 is preset to a predetermined maximum value max and a predetermined minimum value min . The adder 1 adds the number increments 5 supplied by the increment register 4 in time with the clock frequency f _c until the preset maximum value max is reached. The digital-to-analog converter 9 converts these frequency values, increasing in frequency with the clock, into corresponding analog voltage values, so that a staircase voltage 12 arises at the output 11 , which corresponds to the incrementally increasing sum in the summing circuit 7 . When the maximum value max is reached, the changeover switch 8 is switched over the control line 10 and the adder 1 then acts as a subtractor for the increments 5 which are still supplied, although in the exemplary embodiment shown the summing circuit 7 continues to add the increments 5 which are supplied. After the maximum value max has been reached, the changeover switch 8 switches from adding to subtracting, in the exemplary embodiment shown by complement formation. In this way, the staircase from falling edge 13 of a triangular voltage at the output of the converter 9 is generated in the subsequent partial period until finally the preset minimum value min of the summing circuit 7 is reached, whereupon the switch 8 again switches to adding. In this way, a triangular voltage is generated digitally, which consists of an increasing first partial period 12 and a falling second partial period 13 , these two partial periods p _i and p _d together result in a full period P of this triangular voltage. Since the numerical values max and min of the adder 1 reached when summing up each correspond to the limits of the partial periods p _i and p _d , the corresponding control signal on the control line 10 can also be used directly to generate a square-wave voltage, in this case there is only a switchable voltage source 14 with a fixed amplitude required, which switches over at the times max and min .

Zwischen Taktgenerator 2 und Addierer 1 ist ein elektronischer Schalter 20 angeordnet, der über einen digitalen Komparator 21 steuerbar ist. Dieser digitale Komparator ist am Ausgang des Addierers 1 angeschaltet, in ihm wird der momentane Zahlenwert am Ausgang des Addierers 1 mit einer in diesem Komparator 21 eingegebenen vorbestimmten Zahl verglichen. Wenn diese voreingestellte Zahl erreicht ist wird über den Komparator der Schalter 20 geöffnet und damit der Taktgene rator 2 vom Addierer 1 abgeschaltet.An electronic switch 20 is arranged between the clock generator 2 and the adder 1 and can be controlled via a digital comparator 21 . This digital comparator is connected to the output of the adder 1 , in it the instantaneous numerical value at the output of the adder 1 is compared with a predetermined number entered in this comparator 21 . When this preset number is reached, the switch 20 is opened via the comparator and thus the clock generator 2 is switched off by the adder 1 .

Die vorbestimmte Zahl im Komparator 21 wird über einen zusätzlichen Schalter 23 der Einstelleinrichtung 6 einge stellt, über welchen der Benutzer neben der Wahl der ge wünschten Ausgangsfrequenz f (über die Einstellschalter 22) beliebige Anfangs- und Endphasen für den Start bzw. Stopp der erzeugten Dreieckspannung im Bereich zwischen 0° und 360° einstellen kann. Aus Fig. 2 und der dort dargestellten digi tal erzeugten Dreieckspannung ist ersichtlich, daß jeder be liebige Zahlenwert X am Ausgang des Addierers 1 einer bestimm ten Phase ϕ zwischen 0° und 360° dieser Dreieckspannung ent spricht. Wenn also beispielsweise eine solche Dreieckspannung mit der Phase ϕ 1 enden soll, so wird über den Einstellschal ter 23 der Einstelleinrichtung 6 der Komparator 21 auf den Digitalwert X eingestellt. Wenn am Ausgang des Addierers 1 dieser Wert X erreicht ist wird automatisch über den Kompa rator 21 der Schalter 20 geöffnet und damit die erzeugte Dreieckspannung 24 exakt bei der Phase ϕ 1 gestoppt. Der Addierer 1 bleibt damit auf dem vorbestimmten Wert X vorein gestellt, bis der Schalter 20 wieder geschlossen wird. Die Dreieckspannung beginnt also damit exakt bei der voreinge stellten Phase ϕ 2 und endet automatisch wieder mit der gleichen Phase ϕ 1. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Burst-Impuls mit vorbestimmtem Phasenbeginn und Phasenende erzeugt werden. Das Wiedereinschalten des Schalters 20 kann bei einem Burst-Betrieb beispielsweise über eine entsprechen de Zeitsteuerschaltung erfolgen, in welcher die Intervall zeit (Wiederholung des Burst-Impulses) eingegeben ist. Für eine einmalige Burst-Impulserzeugung kann der Schalter 20 auch von Hand wieder eingeschaltet werden. Auch eine externe Triggerung des Schalters 20 ist möglich. Der Addierer 1 kann auch so ausgebildet sein, daß an ihm durch entsprechende Voreinstellung beispielsweise auf den Wert X schon für den ersten Start mit der Phase ϕ 2 die Dreieckspannung mit der gewünschten Phase erzeugt wird.The predetermined number in the comparator 21 is set via an additional switch 23 of the setting device 6 , via which the user can choose any desired start and end phases for starting or stopping the generated triangular voltage in addition to the choice of the desired output frequency f (via the setting switch 22 ) in the range between 0 ° and 360 °. From Fig. 2 and the digitally generated triangular voltage shown there it can be seen that any arbitrary numerical value X at the output of the adder 1 speaks a certain th phase ϕ between 0 ° and 360 ° of this triangular voltage. If, for example, such a delta voltage should end with phase ϕ 1 , the comparator 21 is set to the digital value X via the setting switch 23 of the setting device 6 . When this value X is reached at the output of the adder 1, the switch 20 is automatically opened via the comparator 21 and the delta voltage 24 generated is therefore stopped exactly at phase ϕ 1 . The adder 1 thus remains set to the predetermined value X until the switch 20 is closed again. The delta voltage therefore begins exactly at the preset phase ϕ 2 and ends automatically with the same phase ϕ 1 . In this way, for example, a burst pulse with a predetermined phase start and phase end can be generated. The switch 20 can be switched on again in a burst mode, for example via a corresponding time control circuit in which the interval time (repetition of the burst pulse) is entered. For a one-time burst pulse generation, the switch 20 can also be switched on again manually. External triggering of the switch 20 is also possible. The adder 1 can also be designed in such a way that the triangular voltage with the desired phase is generated on it by appropriate presetting, for example to the value X , for the first start with the phase ϕ 2 .

Über die Steuerinformation des Addierers auf der Steuerlei tung 10 (Maximalwert bzw. Minimalwert des Addierers) ist auch jeweils eine Information dafür gegeben, ob im Moment gerade die aufsteigende Flanke der Dreieckspannung in der Teilperiode p _i oder die absteigende Flanke in der Teilperio de p _d (Aufaddieren von Inkrementen oder Subtraktion von Dekrementen) stattfindet, damit kann auch eindeutig bestimmt werden, ob ein vorbestimmter Zahlenwert X einem Phasenwert zwischen 0° und 180° oder 180° und 360° entspricht. Damit ist es möglich, nicht nur während der aufsteigenden Flanke eine solche Dreieckspannung zu starten und zu stoppen, son dern in gleicher Weise kann dies bei beliebiger Phase während der abfallenden Flanke eingestellt werden.About the control information of the adder on the Steuerlei device 10 (maximum or minimum value of the adder) is also given information whether the rising edge of the triangular voltage in the partial period p _i or the falling edge in the partial period de p _d (Addition of increments or subtraction of decrements) takes place, so that it can also be clearly determined whether a predetermined numerical value X corresponds to a phase value between 0 ° and 180 ° or 180 ° and 360 °. This makes it possible not only to start and stop such a delta voltage during the rising edge, but also in the same way, this can be set at any phase during the falling edge.

In gleicher Weise ist auch ein Burst-Betrieb mit zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Vollperioden der Dreieckspannung möglich, d. h. am Mikroprozessor der Einstelleinrichtung 6 kann auch ein gestellt werden, daß eine Dreieckspannung mit der Phase ϕ 2 beginnt und erst nach zwei oder mehr Vollperioden P mit der Phase ϕ 1 endet.In the same way, a burst operation with two or more consecutive full periods of the delta voltage is possible, that is, a microprocessor of the setting device 6 can also be set that a delta voltage begins with the phase ϕ 2 and only after two or more full periods P with the Phase ϕ 1 ends.

Claims

Digital frequency synthesizer for generating a triangular voltage of predetermined frequency with an increment register ( 4 ), in which number increments can be set according to the desired frequency, and with an adder ( 1 ), in which this is controlled by a clock generator ( 2 ) with a fixed clock frequency Number increments in successive sub-periods alternately added or subtracted who, characterized in that a switch ( 20 ) is arranged between the clock generator ( 2 ) and the adder ( 1 ), which is connected via a binary comparator connected to the output of the adder ( 1 ) ( 21 ) when a predetermined number value is reached, the clock generator ( 2 ) is switched off by the adder ( 1 ).