DE3853563T2 - Digitale Frequenzsynthesierer. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Mehrkanal-Signalsynthesizer-System, das eine große Vielfalt von komplexen Signal-Signalformen liefert und bezieht sich spezieller auf ein numerisches digitales Vierkanal-Synthesizersystem, das ein oder mehrere Ausgangssignale mit wählbaren Signalformen und Nodulationscharakteristika liefert.
• Die meisten Signalsynthesizersysteme liefern Präzisionssignalformen, Signale mit einer Frequenz-Cenauigkeit und -Auflösung zur Testbewertung von elektrischen Systemen. Z.B. kann ein Signalkanal-Synthesizersystem ein Synthesizer, ein Funktionsgenerator und ein Wobbelgenerator sein, die zum Gebrauch Sinuswellen, Rechteck-, Dreieck- und Rampen-Signalformen liefern. Als ein Synthesizer liefert das Einkanal- System Signalformen mit einer genauen Frequenzsteuerung. Als ein Funktionsgenerator liefert das Synthesizersystem eine Vielzahl von Signalformen, die sinusförmige, rechteckige, dreieckige und rampenförmige einschließen. Als eine Wobbelgenerator kann der Synthesizer über einen Frequenzbereich wobbeln. Es gibt jedoch einen großen Bedarf nach einem stark verbesserten Verhalten der bekannten Synthesizersysteme hinsichtlich der Reinheit, dem Phasenrauschen und der Phasengenauigkeit. Außerdem ist es wünschenswert, das bekannte Synthesizersystem mit einer Vielzahl von zusätzlichen Fähigkeiten und Funktionen zu versehen.
• Verschiedene Typen von digitalen Frequenz-Synthesizern sind in der Technik bekannt. Das U.S. Patent 3,375,269 mit dem Titel "Digital Frequency Synthesizer", erteilt an Leland B. Jackson am 22. Mai 1973, offenbart einen digitalen Frequenz-Synthesizer, der programmierbar ist, um gewünschte Frequenzausgaben zu liefern. Jackson offenbart einen digitalen Synthesizer, der eine Speichereinrichtung, wie z.B. einen Nur-Lese-Speicher (ROM; ROM = Read-Only-Memory) einschließt, in der digitale Werte, die digitalen Abtastwerten des gewünschten Ausgangssignals von dem Synthesizer entsprechen, gespeichert werden. Diese digitalen Abtastwerte stellen eine vorbestimmte Signalform, wie z.B. eine Sinuswelle, dar. Als Reaktion auf ein digitales Signal, das eine vorbestimmte Frequenzausgabe darstellt, liefert die Speichereinrichtung Ausgangssignale, die den digitalen Werten, die in derselben gespeichert sind, entsprechen. Die nacheinander erzeugten digitalen Werte werden einem Digital/Analog-Wandler (DAC; DAC = digital-to-analog converter) zugeführt, der eine stufenartige Darstellung des gewünschten Ausgangssignals erzeugt. Das Ausgangssignal wird dann in einem Tiefpaßfilter geglättet, um ein Ausgangssignal mit einer vorbestimmten Frequenz und Signalform zu liefern. Das Synthesizersystem von Jackson liefert weder Mehrkanal-Fähigkeiten, noch liefert es eine selektive Modulation und Signalform-Erzeugungsfähigkeiten.
• Ein Artikel mit dem Titel "A novel technique for programmed generation of multifrequency composite sinusoids" von S.M. Jaward und P.A. Payne in Radio and Electronic Engineer, Ausg. 48, Nr. 12, Dezember 1978, Seiten 603 bis 611, beschreibt bezugnehmend auf Fig. 3 auf Seite 605 eine Mehrfrequenz-Signalinultiplex-Demultiplex-Technik.
• Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen digitalen Mehrfunktions-Frequenzsynthesizer oder -Signalgenerator zu schaffen, der leicht programmierbar ist, um komplexe Ausgangssignalform-Signale aus einer Vielzahl von wählbaren grundlegenden Signalformen zu liefern.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein digitales Mehrfunktions-Frequenzsynthesizersystem mit mehreren internen Kanälen zu schaffen, um eine Frequenz-, Amplituden-, Phasen- und Puls-Modulation eines einzelnen Kanals mit einer wählbaren Signalform zu liefern, oder um am Ausgang summiert zu werden, um eine einzelne komplexe Ausgangssignalform zu liefern.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen solchen digitalen Frequenzsynthesizer zu liefern, der eine einzelne intergrierte VLSI-Schaltung (IC) benutzt, um die direkte digitale Synthese, die Signalformerzeugung, die Summation, die Multiplikation und die Multiplex-Funktionen zu erhalten, um bei geringen Kosten eine hochgradige Integration zu erhalten, die ein Ausgangssignal mit einer klaren Genauigkeit und einer exakten Wiederholbarkeit zur Folge hat.
• Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, bezieht sich auf einen digitalen Signalgenerator, der wirksam ist, um durch eine direkte numerische Synthese ein komplexes Ausgangssignal zu erzeugen. Der Generator weist eine Signalerzeugungseinrichtung auf, die einen Signalformgenerator einschließt, der angepaßt ist, um an seinem Ausgangsanschluß eine Ausgewählte einer Mehrzahl von Signalformen zu erzeugen, und die Signalerzeugungseinrichtung schließt eine Einrichtung ein, die auf einen Satz von Signalformparameter-Signalen anspricht, um einen zyklischen Verlauf von digitalen binären Zahlen zu erzeugen, die ein Ausgangssignalform-Signal darstellen.
• Der zyklische Verlauf von Signalen wird einem Signalformgenerator zum Erzeugen des Ausgangssignalform-Signals zugeführt. Der Signalgenerator weist ferner eine Signalformgenerator-Steuereinrichtung zum Zuführen einer Mehrzahl von Sätzen von Signalformparameter-Signalen auf, einen Multiplexer zum Empfangen der Mehrzahl von Sätzen der Signalformparameter-Signale von der Signalformgenerator-Steuereinrichtung und zum einzelnen Liefern eines der Sätze zu der Signal-erzeugenden Einrichtung, wodurch die Signal-erzeugende Einrichtung an ihrem Ausgangsanschluß eine Mehrzahl von Zeit-multiplexten Ausgangssignalform-Signalen erzeugt. Der Signalgenerator weist ferner eine Einrichtung auf, die mit dem Ausgang der Signal-erzeugenden Einrichtung gekoppelt ist, um ein ausgewähltes der Zeit-multiplexten Ausgangssignalform-Signale mit einer vorbestimmten Kombination der anderen der Zeit-multiplexten Ausgangssignalform-Signale zu modulieren.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein digitaler Multifunktions-Frequenzsynthesizer, der eine Eingabevorrichtung einschließt, wie z.B. eine Tastatur, mit einer Anzeige, und eine Kommunikationsbus-Schnittstelle zum Programmieren einer vorbestimmten Ausgangsfrequenz und weiterer Charakteristika eines gewünschten Ausgangssignals und zum Erzeugen digitaler Signale, die die programmierten Eingaben darstellen. Eine Signalform-Syntheseschaltung verwendet digitale Techniken, um numerische Darstellungen von komplexen Signalformen zu berechnen. Der Signalformsynthesizer kann eine Vielzahl von wählbaren Signalformen auf vier unabhängigen internen Kanälen erzeugen. Eine beliebige Kombination der erzeugten Signal formen auf den inneren Kanälen kann dann verwendet werden, um einen der Kanäle mit einer Amplituden-, Phasen-, Frequenz- oder Puls-Modulation zu modulieren. Eine beliebige Kombination aus Modulationstyp und Signalformquelle kann gleichzeitig verwendet werden. Z.B. kann die Summe der Signalformen auf den Kanälen B und C verwendet werden, um eine Amplitudenmodulation der Signalform auf Kanal A durchzuführen, während gleichzeitig mit der Signalform auf Kanal D eine Frequenzmodulation der Signalform auf Kanal A durchgeführt wird. Weitere beliebige der Signalformen auf den unabhängigen Kanälen können miteinander summiert werden, um am Ausgang eine komplexe Signalform zu liefern.
• Die Mehrfach-Signalformerzeugung, Mehrfach-Signalformsummation und die komplexe Signalform-Modulation wird durch die Verwendung des Zeit-Multiplexens erreicht. Diese Verwendung des Zeit-Multiplexens hat einen Chip-Entwurf zur Folge, der eine viel geringere Fläche aktiver Bereiche auf dem integrierten Schaltungschip zur Folge hat. Der Signalformsynthesizer liefert vier grundlegende Signalform-Signaltypen, die Sinus-, Rechteck-, Rampen- und Dreieck-Wellen einschließen, sowie sowohl gleichmäßiges Rauschen als auch Gaußsches Rauschen plus eine Gleichsignalreferenz. Ein Phasenakkumulator erzeugt ein digitales Rampensignal, aus dem die Dreieck- und Rampen-Signalformen durch einen einfachen numerischen Umwandlungsprozeß erzeugt werden. Eine Speichereinrichtung, wie z.B. ein ROM, speichert eine Mehrzahl von digitalen Werten, die der Größe einer Sinuswelle bei einer Mehrzahl von Phasenpunkten entsprechen. Die digitale Rampenausgabe des Phasenakkumulators entspricht diesen Phasenpunkten. Um eine Sinuswelle zu erzeugen, liefert die Speichereinrichtung als Reaktion auf das Phasenakkumulator-Ausgangssignal digitale Ausgangswerte, die das gewünschte Sinuswellen-Ausgangssignal darstellen. Ein Rauschgenerator in Kombination mit einem Rausch-ROM liefert sowohl Signale eines gleichmäßigen Rauschens als auch eines Gaußschen Rauschens. Die Rechteck-Welle wird durch Ausgeben einer Reihe von digitalen Einsen und Umschalten der Pegel zu den gewünschten Zeiten synthetisch digital aufgebaut. Die verschiedenen Ausgangssignalformen von dem Signalformsynthesizer werden zu einem Multiplexer gekoppelt, in dem die gewünschte Ausgangssignalform für jeden der vier internen Kanäle auf eine einzelne Ausgangsleitung multiplext wird. Die vier internen Zeit-multiplexten Kanäle können dann in einem Summierer in einer beliebige serielle Kombination kombiniert werden, um vier Zeit-multiplexte Signale zu liefern. Die vier Signale werden zur Modulation des internen Kanals A zu einem Eingangsmultiplexer gekoppelt und ein ausgewähltes der Signale wird ferner zu einem DAC und einem Tiefpaßfilter gekoppelt, um ein glattes Ausgangssignal mit der gewünschten Frequenzmodulation und Signalform zu liefern.
• Bis zu drei Ausgangsabschnitte können hinzugefügt werden, um ein System mit bis zu vier Ausgangssignalen zu liefern, für das die Frequenz, die Amplitude, die Signalform und die Phase für jedes der Ausgangssignale unabhängig eingestellt werden können. Obwohl die Ausgangssignale bei dieser Option unabhängig sind, kann die relative Phase zwischen den Ausgängen genau von 0º bis 359,9º mit einer Auflösung von 0,1º gesteuert werden.
• Die Verwendung des Zeit-Multiplexens ermöglicht eine wesentliche Reduzierung der Hardware, die für den Signalformsynthesizer, den Summationsschaltungsaufbau und den Multiplikationsschaltungsaufbau erforderlich ist. Z.B. ist in dem Fall des Signalformsynthesizers die erforderliche aktive Hardware um einen Faktor von näherungsweise 4 reduziert, obwohl noch vier interne Kanäle geschaffen werden. Diese Hardwarereduzierung ermöglicht es, daß alle der oben beschriebenen Fähigkeiten in einem IC-Chip bereitgestellt werden. Der einzelne IC-Chip liefert den gewünschten Merkmalssatz mit geringeren Kosten, einer größeren Zuverlässigkeit und einer erleichterten Anwendung, verglichen mit bekannten Synthesizern. Zusätzlich stellen direkte digitale Synthesizer eine Genauigkeit und eine exakte Wiederholbarkeit sicher. Verglichen mit einer analogen Technologie ist eine Abweichung eliminiert, die Genauigkeit verbessert und die Anzahl der erforderlichen Einstellungen stark reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine konzeptmäßige Darstellung eines digitalen Frequenzsynthesizersystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 2 ist ein elementares schematisches Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des digitalen Signalprozessors von Fig. 2.
• Fig. 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Vierkanal- Implementierung des digitalen Signalprozessors von Fig. 3.
• Fig. 5 ist ein detailliertes Blockdiagramm des Signalformgenerators, der in dem digitalen Signalprozessor von Fig. 3 verwendet ist.
• Fig. 6 ist eine analoge Darstellung der digitalen Signale, die zum digitalen synthetischen Aufbauen des Sinuswellen-Ausgangssignals verwendet sind.
• Fig. 7 ist eine analoge Darstellung der digitalen Signalformen, die durch den Signalformgenerator von Fig. 5 digital aufgebaut sind.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Bezugnehmend nun auf Fig. 1 ist ein konzeptmäßiges Blockdiagramm eines digitalen Mehrfunktions-Frequenzsynthesizers gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Synthesizer umfaßt vier im wesentlichen identische Synthesizerkanäle 10, 20, 30 und 40, bzw. Kanal A, Kanal B, Kanal C und Kanal D, und liefert auf dem Ausgangskanal 23 eine einzelne Ausgabe. Kanal A ist der primäre Synthesizerkanal 10, der einen einstellbaren Freguenzgenerator 110 aufweist, der mit einem Phasen-Versatz- und -Modulations-Block 103 gekoppelt ist, der wiederum mit einem Signalformgenerator 107 gekoppelt ist. Der Signalformgenerator 107 baut synthetisch digital präzise Sinus-, Rechteck-, Dreieck-, Rampen-, gleichmäßige Rausch-, Gaußsche Rausch- und Gleichsignal-Signalformen auf. Eine dieser grundlegenden Signalformen kann ausgewählt und zu dem Amplitudenmodulationsblock 105 ausgegeben werden. Der Ausgang des Amplitudenmodulationsblockes 105 ist über einen Pulsmodulationsblock 19 mit dem Kanalsummiererblock 21 gekoppelt. Die gewünschte Ausgangsfrequenz für den Frequenzgenerator 101 wird mittels eines Eingangssignals auf einer Leitung 25 eingestellt. Der anfängliche Phasenwinkel und der Amplitudenpegel für Kanal A können ebenfalls durch Eingaben auf Leitungen 27 bzw. 29 eingestellt werden.
• Die Kanäle B, C und D weisen im wesentlichen identische Synthesizerblöcke 20, 30 bzw. 40 auf. Jeder Kanalsynthesizer 20, 30 und 40 umfaßt einen einstellbaren Frequenzgenerator 201, der mit einer Phasenversatz-Einstellvorrichtung 203 und dann dem Signalform-Erzeugungsblock 207 gekoppelt ist. Auf eine dem Signalform-Erzeugungsblock 107 gleiche Art und Weise werden sechs fundamentale Signalformen synthetisch digital aufgebaut, wobei eine Ausgewählte derselben die Ausgabe zu einem Amplitudenpegel-Einstellblock 205 ist. Die gewünschte Frequenz, der Phasenwinkelversatz, die Signalform und der Amplitudenpegel werden unabhängig für jeden der Kanalsynthesizer 20, 30 und 40 eingestellt. Der Ausgang jedes Kanalsynthesizers 20, 30 und 40 kann selektiv zu einem von mehreren Summationsblöcken 11, 13, 15, 17 und 21 gekoppelt werden. Der FM-Summationsblock 11 kann als Eingänge eine beliebige Kombination der Ausgänge der Kanalsynthesizer 20, 30 und 40 besitzen und liefert dem Frequenzgenerator 101 des Kanals A ein FM-Signal. Genauso können der Phasenmodulations-Summationsblock 13, der Amplitudenmodulations-Summationsblock 15 und der Puls-Summationsblock 17 in einer beliebigen Kombination einen oder alle der Ausgänge der Kanalsynthesizer 20, 30 und 40 summieren, um dem Phasenmodulationsblock 103, dem Amplitudenmodulationsblock 105 bzw. dem Pulsmodulationsblock 19 Modulationssignale zu liefern. Zusätzlich können einer oder mehrere Ausgänge der Kanalsynthesizer 20, 30 und 40 mit dem Kanalsummierer 21 gekoppelt sein, um mit der Ausgabe des Pulsmodulationsblockes 19 und mit jedem anderen summiert zu werden, um die Ausgabe auf dem Ausgangskanal 23 zu liefern.
• Bezugnehmend nun ferner auf Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des digitalen Mehrfunktions-Frequenzsynthesizers, der oben beschrieben ist, gezeigt. Das digitale Frequenzsynthesizersystem umfaßt eine Tastatur- und Anzeige-Einheit 50, einen Zentral-Mikroprozessor 60, einen digitalen Signalprozessor 70, eine Kommunikationsbus- Schnittstelle 65 und Ausgangskanal-Platinen 80 und 90, die Ausgangskanäle 1 bzw. 2 liefern. Die Tastatur- und Anzeige-Einheit 50 liefert eine Tasteneingabefläche und eine wiedergebende Flüssigkristallanzeige, die die Fähigkeit liefern, alle Parameter der Ausgangssignale auf Kanal 1 und Kanal 2 vollständig zu programmieren. Die programmierbaren Parameter umfassen wählbare Signalformen, Phasenversätze, Frequenzen, feine Pegeleinstellungen und Modulationstypen. Funktionstasten (nicht gezeigt) liefern eine vollständige Steuerung der Betriebsmodi und Ablauffunktionen. Die Tastatur- und Anzeige-Einheit 50 liefert ferner eine präzise Steuerung der relativen Phasendifferenz zwischen den unabhängigen Ausgängen auf den Kanälen 1 und 2. Der Mikroprozessor 60 liefert eine Gesamtsteuerung des Synthesizersystems (ein Mikroprozessor mit der Bezeichnung MC 6809, hergestellt von Motorola, kann für diese Anwendung verwendet werden). Der Mikroprozessor 60 umfaßt ferner den erforderlichen Direktzugriffsspeicher-(RAM; RAM = Random Access Memory) und ROM-Raum zum Speichern verschiedener Sätze von numerischen Daten, die die grundlegenden Signalformen darstellen, die von dem Synthesizersystem verwendet werden. Die Kommunikationsbus-Schnittstelle 65 ermöglicht es, den digitalen Frequenzsynthesizer mit anderen Geräten zu vernetzen, um zusätzliche Test- und Analyse-Fähigkeiten zu liefern. Der digitale Signalprozessor 70 weist eine integrierte Schaltung auf, um direkte numerische digitale Synthese-, Summations-, Multiplikations- und Multiplex-Fähigkeiten zu liefern, um die Mehrzahl der unabhängigen Synthesizerkanäle, die in Fig. 1 gezeigt sind, zu schaffen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der digitale Signalprozessor 70 eine einzelne monolithische integrierte Schaltung auf, die die NMOS-VLSI-Technologie verwendet. Die interne Referenz 66, die Phasenregelschleife 67 und der Spannungs-gesteuerte Oszillator 69 liefern dem digitalen Prozessor 70 die notwendigen Referenz- und Takt-Signale. Externe Referenzsignale können auf Leitung 73 eingegeben werden, um die Fähigkeit zu liefern, das System phasenmäßig mit einer äußeren Quelle (nicht gezeigt) zu verriegeln. Externe Steuersignale auf einem Bus 68 liefern die Fähigkeit, den internen Kanal A direkt zu programmieren, um eine vorbestimmte Abfolge von Ausgangssignalen mit unabhängigen Phasen-, Amplituden- und Frequenz-Zuständen zu liefern. Die Ausgangskanal-Platinen 80 und 90 liefern zwei identische Ausgangskanäle, Kanal 1 bzw. Kanal 2. Die Ausgangskanalplatine 80 empfängt das Ausgangssignal von dem digitalen Signalprozessor 70 auf einem Signalbus 801. Das Ausgangssignal von dem digitalen Prozessor 70 hat die Form eines digitalen 12-Bit-Worts, das das gewünschte Ausgangssignal für den Ausgangskanal 1 darstellt, das in der Tastatur- und Anzeige-Einheit 50 programmiert wird. Der DAC 803 wandelt das digitale Signal in eine analoge Signalform um. Analoge Filter 805 und 807 liefern eine Glättung, während ein Differenzverstärker 809 auf Ausgangsleitungen 811 und 813 eine Differenzausgabe liefert. Auf eine gleichartige Weise liefert die Ausgangskanalplatine 90 eine analoge Differenzausgabe auf Leitungen 911 und 913.
• Bezugnehmend nun auf Fig. 3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des elementaren Signalerzeugungs-Schaltungsaufbaus gezeigt. Die Schlüsselkomponente des Signalerzeugungs-Schaltungsaufbaus ist der Phasenakkuinulator 75, der einen zyklischen Verlauf von binären Zahlen auf seiner Ausgangsleitung 751 liefert. Die Abfolge der Ausgabe der binären Zahlen auf der Leitung 751 wird durch eine Signalforinerzeugungsschaltung 81 geleitet, um verschiedene wählbare periodische Signalformen zu liefern. Addierer 77 und 79 liefern eine Frequenz- und Phasen-Modulation der Ausgabe des Akkumulators 75. Die Basisfrequenz des Ausgangssignals wird auf einer Leitung 72 am Eingangsaddierer 77 eingestellt. Ein Frequenzmodulationssignal auf einer Leitung 74 liefert eine Frequenzmodulation des Ausgangssignals durch Verändern der Steigung der Rampe an dem Ausgang 751 des Akkumulators 75. Ein Eingangssignal auf einer Leitung 76 kann verwendet werden, um einen anfänglichen Phasenversatz und/oder eine durchgehende Phasenmodulation des Ausgangssignals von dem Akkumulator 75 zu liefern. Ein Multiplizierer 83 empfängt Steuersignale auf einer Leitung 78, um die Gesamtamplitude der Signalform einzustellen und ferner eine Amplitudenmodulation der Ausgangssignalform zu liefern. Der Multiplizierer 83 liefert ferner eine Pulsmodulation des internen Kanals A. Wie sie implementiert ist, ist die Pulsmodulation ein Spezialfall der Amplitudenmodulation.
• Bezugnehmend auf Fig. 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm der Vierkanal-Implementierung der elementaren Schaltung 71 von Fig. 3 gezeigt. Ein Multiplexer 85 ist in vier Eingangsmultiplexer 851, 853, 855 und 857 geteilt, um vier unabhängige interne Synthesizerkanäle zu liefern. Ein Vierkanal-Betrieb wird erreicht, wenn eine logische Steuerschaltung 87 in aufeinanderfolgenden Taktzyklen unterschiedliche Multiplexereingänge auswählt, wodurch ein unterschiedlicher Arbeitspunkt für jeden Signalparameter zu der elementaren Schaltung 71 dargestellt wird. Das Ergebnis am Ausgang 751 des Akkumulators 75 ist ein Verlauf von vier internen separaten binären Zahlenmustern, die Zeit-multiplext sind, wobei jedes einen separaten internen Kanal darstellt. Die Parameter des Amplitudenpegel-, Phasenversatz-, Frequenz- und Signalform-Typen können für jeden der unabhängigen Kanäle eingestellt werden. Folglich werden an einem Ausgang 82 des Multiplizierers 83 vier unabhängige Zeit-multiplexte Signale, die den internen Kanälen A, B, C und D entsprechen, ausgegeben, wobei jedes Signal eine vorbestimmte Frequenz, Phase, Wellenform und einen vorbestimmten Amplitudenpegel aufweist. Zusätzlich kann Kanal A durch eine beliebige Kombination der Kanäle B, C und D moduliert werden. Ein serieller Addierer 84 weist einen Akkumulator auf, der die Signale entweder unmodifiziert durchläßt oder der eine beliebige serielle Kombination der vier internen Kanäle summiert. Der serielle Addierer 84 ist mit einem Demultiplexer 86 gekoppelt, an dem ein ausgewählter interner Kanal auf die Ausgangsleitung 861 für den Ausgangskanal 1 demultiplext wird. Bis zu vier Multiplexer 86 können parallel verwendet werden, um bis zu vier Ausgangskanäle zu liefern, die ein beliebiges ausgewähltes der vier multiplexten Ausgangssignale von dem seriellen Addierer 84, die auf jeden der vier Ausgangskanäle demultiplext sind, aufweisen (in Fig. 4 entsprechen die Ausgangskanäle 1 und 2 den Ausgangsbussen 801 bzw. 901, wie in Fig. 2 gezeigt ist). Eine Modulationsrückkopplungsleitung 93 koppelt die Ausgänge des seriellen Addierers 84 über die Steuerlogik 87 mit dem Multiplexer 851, um Modulationssignale für den internen Kanal A zu liefern.
• Der RAM 89 speichert wählbare Werte des Phasenversatzes, der Amplitude und der Frequenz, wobei mittels der externen Steuersignale auf dem Bus 68 direkt auf diesen zugegriffen wird, um den internen Kanal A zu programmieren, um eine vorbestimmte Abfolge von Ausgangssignalen mit unabhängigen Phasen-, Amplituden- und Frequenz-Zuständen zu liefern. Bis zu 16 Frequenz/Amplituden/Phasen-Zustände können in dem RAM 89 von der Tastatur- und Anzeige-Einheit 50 eingegeben werden. Um zwischen Zuständen zu schalten oder zu "springen" adressiert eine externe Vorrichtung (nicht gezeigt) den externen Vier-Bit-TTL-Pegel-Steuerbus 68. Wenn sich die Adresse, die mit dem Bus 68 gekoppelt ist, ändert, verschiebt sich das Signal auf dem internen Kanal A zu dem Frequenz/Amplituden/Phasen-Zustand, der der Adresse des RAM 89 entspricht. Eine phasenbeständige Frequenzverschiebung kann sehr schnell durchgeführt werden, da die Signale synthetisch digital aufgebaut sind und es keine Einstellzeit gibt, wie in analogen Phasenregelschleifen-Synthesizern. Die anderen internen Kanäle B, C und D können verwendet werden, um den internen Kanal A zu modulieren, während der Kanal A verschoben wird. Zum Beispiel könnte der interne Kanal B programmiert sein, um den internen Kanal A mit einem gleichmäßigen Rauschen zu modulieren, während der Kanal A verschoben wird. Dies würde auf dem Ausgangskanal 1 (Leitung 861) ein Ausgangssignal mit gesteuerten Phasenrauschbeträgen liefern, die zu dem Verschiebungssignal addiert sind.
• Der digitale Signalprozessor 70 weist das vereinfachte Blockdiagramm, das in Fig. 4 gezeigt ist, auf. Der digitale Signalprozessor 70 ist für die analogen Funktionen der Modulation und der Signalerzeugung, die in einem einzelnen Chip implementiert sind, ein vollständig digitaler Lösungsansatz. Die Datenwegarchitektur des digitalen Prozessors 70 umfaßt 26 Leitungsstufen, in denen dreiundzwanzig gleichzeitige Operationen stattfinden. Um eine Geschwindigkeitserhöhung der Schaltung zu erreichen, wurde eine umfassende Hard-Kodierung verwendet. Die umfassende Verwendung der Multiplex- Schaltungen ermöglichte eine große Reduzierung der Schaltungskomponenten und des erforderlichen Chipraums.
• Bezugnehmend nun auf Fig. 5 ist ein detaillierteres Blockdiagramm des Signalformgenerators 81 gezeigt. Die Signalform-Erzeugungs- oder -Formungs-Schaltung baut synthetisch digital vier grundlegende Signalformen auf, die ein Rampensignal, ein Rechtecksignal, ein Dreiecksignal und ein Sinussignal einschließen, plus ein gleichmäßiges Rauschen, ein Gaußsches Rauschen sowie eine Gleichsignal-Ausgabe. Die Rampensignalform auf einer Leitung 823 wird direkt von der binären Zahlenfolge auf der Leitung 791 am Ausgang des Phasenaddierers 79 abgeleitet. Der Kompleinentiererblock 841 ist ein programmierbarer Invertierer, um ein ansteigendes Rampensignal zu invertieren, um ein abfallendes Rampensignal zu liefern. Die Dreiecksignalform auf einer Leitung 821 wird ebenfalls direkt von der Eingabe auf der Leitung 791 abgeleitet. Ein ROM 819 speichert digitale Werte, die der Größe der digitalen Abtastwerte entsprechen, die den ersten Quadranten eines Sinussignals darstellen. Die Eingabe der binären Zahlen auf der Leitung 791 stellt Adreßsignale dar, die den Speicherorten im ROM 819 entsprechen, an denen der digitale Wert, der zu der Phase des Vorzeichensignals, das dem zugehörigen Adreßsignal entspricht, gehört, gespeichert ist. Eine Komplementiererschaltung 817 ist ein programmierbarer Inverter, der als eine Funktion des Quadranten des Sinussignals auf den ROM 819 zugreift. Der ROM 819 liefert Ausgangssignale auf einer Leitung 825, die zwei Quadranten des Sinussignals darstellen. Ein Rechtecksignalsynthesizer 839 gibt eine Folge von binären Einsen aus, um einen stabilen Gleichsignalpegel zu liefern. Um ein Rechtecksignal zu erhalten, wird der stabile Gleichsignalpegel durch die Vorzeichenerzeugungslogik 847 geschaltet, um ein Rechtecksignal mit der vorbestimmten Frequenz zu liefern. Der Rauschgenerator 835 ist ein lineares 31-Bit-Rückkopplungs-Schieberegister, das ein pseudozufälliges, gleichmäßig verteiltes zyklisches Rauschen einer Dauer von 128 Sekunden liefert, um auf einer Leitung 829 eine gleichmäßige Rauschsignalausgabe zu liefern. Eine Gaußsche Verteilung von Rauschamplituden wird durch Filtern des gleichmäßigen Rauschens von dem Rauschgenerator 835 durch ein Rausch-ROM 837 abgeleitet, um auf einer Leitung 831 ein Gaußsches Rauschsignal zu liefern. Ein Multiplexer 845, der auf Steuersignale auf einer Leitung 833 anspricht, paßt eine vorbestiminte Signalform an den entsprechenden internen Kanal A, B, C oder D an und koppelt jedes Signal eines internen Kanals auf einer Leitung 815 Zeit-multiplext zu der Vorzeichenerzeugungslogik 847. Die multiplexte Ausgabe der Vorzeichenerzeugungslogik 847 wird dann über den Multiplizierer 83 zu dein seriellen Addierer 84 gekoppelt (wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist).
• Bezugnehmend nun ferner auf die Fig. 6 und 7 ist das Eingangssignal auf der Leitung 791 ein digitales 14-Bit-Signal, das durch ein analoges Rampensignal 601 dargestellt ist. Bits 0-12, dargestellt durch analoge Signalformen 605 und 607, werden durch ein Bit 13 (dargestellt durch eine analoge Signalform 603) in dem Komplementierer 841 komplementiert, um die Rampensignalform auf der Leitung 823 synthetisch aufzubauen. Bits 0-11, die Signalform 607, werden durch ein Bit 12, die Signalform 605, in dein Komplementierer 817 komplementiert, um auf der Leitung 821 eine digitale Dreiecksignalform synthetisch aufzubauen. Die Bits 0-11, eine Signalform 611, adressieren den Sinus-ROM 819, der die digitalen Werte ausgibt, die den Phasenpunkten entsprechen, die durch die Bits 0-11 dargestellt sind, um den ersten Quadranten 611 der Sinussignalhälften 609 synthetisch aufzubauen. Das Bit 12, die Signalform 607, komplementiert die Bits 1-11, um die Reihenfolge umzukehren, in der der Sinus-ROM 819 adressiert wird, um den zweiten Quadranten 613 des Sinussignals 609 zu erzeugen. Wenn das Bit 12, 605, auf einem tiefen logischen Pegel ist, wird der erste Quadrant 611 durch den Sinus-ROM 819 ausgegeben, während, wenn das Bit 12, 605, auf einem hohen logischen Pegel ist, der zweite Quadrant 613 durch den Sinus-ROM 819 ausgegeben wird.
• Das Bit 13, die Signalform 603, ist ferner mit den Vorzeichen-Logikschaltungen 847 gekoppelt, die den letzten Schritt bei der Wellenform-Synthese durchführen. Wenn z.B. einer oder mehrere der vier internen Kanäle A, B, C und D programmiert sind, um eine Sinussignalform aufzuweisen, bewirken Steuersignale auf der Leitung 833 zu dem Multiplexer 845, daß die Sinussignalhälften, die Signalform 609, in dem Zeitfenster, das einem beliebigen Kanal entspricht, der ein Sinussignal sein soll, auf die Leitung 815 multiplext wird. Die Sinussignalhälften, die Signalform 609, werden zu der Vorzeichen-Logikschaltung 847 gekoppelt. Wenn das Bit 13 auf einem tiefen logischen Pegel ist, gibt die Vorzeichen-Logikschaltung auf der Leitung 851 die positive Hälfte, die Quadranten 611 und 613, des Sinussignals aus. Wenn das Bit 13 einen hohen logischen Pegel annimmt, kehrt die Vorzeichen-Logikschaltung die Polarität der Sinussignalhälfte 615 um, um auf der Leitung 851 ein digitales Signal auszugeben, das ein vollständiges Sinussignal darstellt, wie durch eine Signalform 707 gezeigt ist. Auf eine gleiche Art und Weise kehrt die Vorzeichen-Logikschaltung 847 die Polarität (den Pegel) der Eingabe der digitalen Signale auf der Leitung 815 um, um die ausgewählte Signalform zu liefern. Vier elementare Signalformen, die Rampe 703, das Dreieck 705, den Sinus 707 und das Rechteck 709, sowie ein gleichmäßiges Rauschen und ein Gaußsches Rauschen 713 plus einem Gleichsignalpegel (nicht gezeigt) können auf der Leitung 841 ausgegeben werden.

Claims (12)

1. Ein digitaler Signalgenerator, der wirksam ist, um ein komplexes Ausgangssignal durch eine direkte numerische Synthese zu erzeugen, der folgende Merkmale aufweist: eine Signalerzeugungseinrichtung (71), die einen Signalformgenerator (81) aufweist, der angepaßt ist, um auf seinem Ausgangsanschluß (82) eine ausgewählte einer Mehrzahl von Signalformen zu erzeugen, wobei die Signalerzeugungseinrichtung (71) ferner eine Einrichtung (75, 77, 79, 83) einschließt, die auf einen Satz von Signalformparameter-Signalen (72, 74, 76, 78) anspricht, um einen zyklischen Verlauf von digitalen binären Zahlen (791) zu erzeugen, die ein Ausgangssignalform-Signal darstellen, wobei der zyklische Verlauf dem Signalformgenerator (81) zum Erzeugen des Ausgangssignalform-Signals zugeführt wird, eine Signalformgenerator-Steuereinrichtung (87) zum Zuführen einer Mehrzahl von Sätzen der Signalformparameter-Signale, einen Multiplexer (85) zum Empfangen der Mehrzahl der Sätze von Signalformparameter-Signalen von der Signalformgenerator-Steuereinrichtung (87) und zum Liefern von je einem der Sätze zu jeweils einem Zeitpunkt zu der Signalerzeugungseinrichtung (71), wodurch die Signalerzeugungseinrichtung auf ihrem Ausgangsanschluß (82) eine Mehrzahl von Zeit-multiplex-verarbeiteten Ausgangssignalform-Signalen erzeugt, und eine Einrichtung (84), die mit dem Ausgang (82) der Signalerzeugungseinrichtung (71) gekoppelt ist, um eines der Zeit-multiplex-verarbeiteten Ausgangssignalform-Signale mit einer vorbestimmten Kombination der anderen der Zeit-multiplex-verarbeiteten Ausgangssignalform-Signale zu modulieren.

2. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 1, bei dein die Einrichtung (84) eine Rückkopplungsschaltung (93) zum Modulieren des primären Ausgangssignals gemäß zumindest einem der sekundären Ausgangssignale einschließt.

3. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 2, bei dem die Einrichtung (84) eine Einrichtung (11, 13, 15, 17) zum Modulieren von zumindest zwei der folgenden Parameter des primären Ausgangssignals mit steuerbaren Kombinationen des ersten und des zweiten der sekundären Ausgangssignale einschließt Frequenz, Phase/Amplitude und Puls.

4. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (84) einen Summierer (21) zum Summieren einer programmierten Kombination der sekundären Ausgangssignale mit dem primären Ausgangssignal einschließt, um ein endgültiges Ausgangssignal (23) zu erhalten.

5. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 1, bei dem der Signalgenerator auf einer einzelnen integrierten Schaltung hergestellt ist.

6. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (84) eine Mehrzahl von Summierereinrichtungen (11, 13, 15, 17) einschließt, von denen jede eine Mehrzahl von Eingängen aufweist, die alle schaltbar mit zumindest einem der sekundären Ausgangssignale verbindbar sind, wobei jede der Summierereinrichtungen einen Ausgang aufweist, wobei der Ausgang jeder der Summierereinrichtungen dazu dient, einen Parameter des primären Ausgangssignals zu modulieren.

7. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 6, bei dem die Ausgabe von einer der Summierereinrichtungen (11) die Frequenz (101) des primären Ausgangssignals moduliert.

8. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 6, bei dem die Ausgabe von einer der Summierereinrichtungen (13) die Phase (103) des primären Ausgangssignals moduliert.

9. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 6, bei dem die Ausgabe von einer der Summierereinrichtungen (15) die Amplitude (105) des primären Ausgangssignals moduliert.

10. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 6, bei dem die Ausgabe von einer der Summierereinrichtungen (17) das primäre Ausgangssignal Puls-moduliert (19).

11. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 1, bei dem der Signalformgenerator (81) eine Rauschquelle (837) aufweist.

12. Der Signalgenerator gemäß Anspruch 11, bei dem der Signalformgenerator (81) einen Festwertspeicher (837, 839, 819) aufweist, wobei Sinussignal-, Rechtecksignal- und Rausch-Daten in demselben gespeichert sind.