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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Frequenzsynthesizeranordnung, wobei diese Schaltungsanordnung eine digitale
Synthesizersignalerzeugungsanordnung aufweist zum Erzeugen einer ersten Reihe digitaler Abtastwerte, die
für das zu synthetisierende Signal repräsentativ sind und durch binäre Wörter von N
Bits gebildet werden, sowie einen Digital-Analog-Wandler zum Erzeugen des
genannten Signals in analoger Form.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Sendestelle
und eine Empfangsstelle mit einer derartigen Anordnung.
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Eine Anordnung dieser Art wird häufig angewandt, insbesondere zum
Verarbeiten sinusförmiger Signale mit einer bestimmten Frequenz und zum auf diese
Art und Weise Bilden eines digitalen Frequenzsynthesizers. Eine Beschreibung einer
derartigen Schaltungsanordnung findet sich in dem US Patent Nr. 5.014.231.
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Eine erste Anforderung, die an eine derartige Schaltungsanordnung oft
gestellt wird, ist, dass das erzeugte Signal sehr rein sein soll und eine zweite
Anforderung ist, dass das Signal keine unerwünschte Seitenbänder aufweist. Diese
Seitenbänder werden im Grunde durch die Sinusform und die zu synthetisierende periodische
Form verursacht. Um diese erste Anforderung zu erfüllen, ist es möglich, eine
Vielzahl von Bits für die Abtastwerte der ersten reihe zu Schaffen. Um beispielsweise eine
Sinuskurve mit einer Reinheit von 84 dB zu erhalten, ist es notwendig, dass die
Ausgangsabtastwerte der Formerzeugungsschaltung 14 Bits haben. Dies führt zu der
nachstehenden Formel:
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Nb ≥ R/6
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wobei Nb die Anzahl Bits ist und wobei R das Verhältnis in dB des Pegels der
Sinuskurve zu den Pegeln der unerwünschten Seitenbänder ist.
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Wenn beabsichtigt wird, diese Art von Synthesizeranordnung für hohe
Frequenzen zu verwenden, beispielsweise in der Größenordnung von mehreren
Hundert MHz, ist das Problem, eine kosteneffektive Digital-Analog-Wandlerschaltung zu
finden. Zum Erfüllen der zweiten Anforderung wird in dem genannten Patent
vorgeschlagen, eine beliebige Anzahl Abtastwerte der ersten Reihe hinzuzufügen. Wenn der
Pegel dieser Seitenbänder auf diese Art und Weise reduziert wird, geht es auf Kosten
einer allgemeinen Verringerung der Reinheit des Signals, und dann kann man nur
noch einen teuren Digital-Analog-Wandler einschließen.
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In der Erfindung wird nun vorgeschlagen, die Verwendung eines
Digital-Analog-Wandlers, der eine Vielzahl von Bits verarbeitet, zu vermeiden.
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Dazu weist eine derartige Synthesizeranordnung das Kennzeichen auf,
dass eine Anordnung vorgesehen ist zum Filtern der Abtastwerte der ersten Reihe
entsprechend einer Bandpasskurve und zum Liefern einer zweiten Reihe von
Abtastwerten, die von den Abtastwerten der ersten Reihe hergeleitet sind, zu dem genannten
Digital-Analog-Wandler, wobei diese Abtastwerte durch binäre Wörter von N' Bits
gebildet sind, wobei N ≥ N' ist, und dass zum Subtrahieren der Abtastwerte der
zweiten Reihe von den Abtastwerten der ersten Reihe eine negative Rückkopplungsschleife
vorgesehen ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 2a und 2b die Formen der Abtastwerte der ersten und zweiten
Reihe,
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Fig. 3 das Funktionsdiagramm der Synthesizeranordnung nach der
vorliegenden Erfindung,
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Fig. 4 eine vorteilhafte Ausführungsform für eine
Synthesizeranordnung nach der vorliegenden Erfindung, und
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Fig. 5a und 5b einen Sender und einen Empfänger mit einer derartigen
Anordnung.
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Fig. 1 zeigt mit dem Bezugszeichen 1 eine digitale
Erzeugungsschaltung. Diese Schaltungsanordnung erzeugt an dem Ausgang 5 eine erste Reihe digitaler
Abtastwerte Ec1, Ec2, Ec3, ... die eine Sinusform Sin darstellen, wie diese in Fig. 2a
dargestellt ist. Diese Abtastwerte sind binäre Wörter von N Bits, beispielsweise N =
16, und werden entsprechend dem Takt einer Taktimpulsschaltung 10 erzeugt. Diese
Schaltungsanordnung 1 umfasst nach der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
einen Akkumulator 12, dessen Ausgang 13 mit dem Adressierungseingang eines
Speichers 20 verbunden ist. Der Akkumulator wird auf übliche Art und Weise gebildet
durch ein Addierelement 25, dessen Ausgang mit einem Register 26 verbunden ist.
Der Ausgang dieses Registers bildet den Ausgang des Akkumulators und ist weiterhin
mit einem ersten Eingang des Elementes 25 verbunden. Der zweite Eingang dieses
Elementes 25 empfängt die Anzeige in digitaler Form der Synthesefrequenz FS. Diese
Frequenz kann in Schritten von FS als Funktion der gewünschten Verwendung
varrieren. Der Eingang dieses Registers ist mit dem Ausgang des Elementes 25 und die
Laststeuerung mit dem Ausgang der Taktimpulsschaltung 10 verbunden. Nach einer
Verarbeitung, vorgeschlagen durch die Erfindung, werden die Abtastwerte am
Ausgang 5 dem Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 30 zugeführt, der an dem
Ausgang 32 ein sinusförmiges Signal erzeugt. Dieses Signal hat keine unerwünschte
Signale, die sich mit Hilfe eines analogen Bandpassfilters 35, für das es keine kritische
Beschränkung gibt, nur schwer unterdrücken lassen.
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Nach der vorliegenden Erfindung verarbeitet der Digital-Analog-
Wandler 30 eine zweite Reihe von Abtastwerten binärer Wörter von N' Bits,
beispielsweise N' = 12, hergeleitet von den Abtastwerten der ersten Reihe. Eine
Anordnung 40 ist vorgesehen zum an dem mit dem Wandler 30 verbundenen Ausgang 42
Liefern von Abtastwerten, die gefiltert sind und abgestrichene Anzahlen Bits haben.
Es ist ebenfalls eine negative Rückkopplungsschleife vorgesehen, die gebildet ist
durch ein Subtrahierelement 45, das die Abtastwerte der zweiten Reihe, die an dem
Ausgang 42 der genannten Anordnung 40 auftreten, von den Abtastwerten der ersten
Reihe, die an dem Ausgang 5 auftreten, subtrahieren.
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Die Anordnung 40 wird zunächst gebildet durch ein digitales Filter 60,
von dem eine Ausführungsform in Fig. 4 dargestellt ist, und durch ein
Abstreichelement 61, das die Anzahl Bits der diesem Eingang zugeführten binären Wörter
reduziert. Dies ist in Fig. 2b schematisch dargestellt, wobei die Maßteilung S auf der Y-
Achse mit größeren Zwischenräumen angegeben ist als die Maßteilung e nach Fig.
2a. Ecc1, Ecc2, Ecc3, ..., sind die Abtastwerte, die entsprechend dieser neuen
Maßteilung gebildet sind zum Definieren der Sinusform Sin. Das Element 61 kann durch
einen ROM gebildet sein oder ganz einfach durch Verwerfung der am wenigstens
signifikanten Bits. Das Filter 60 ist um eine Frequenz fo zentriert, welche der Hauptwert
der Variation von FS ist.
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Fig. 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Schaltungsanordnung nach
der vorliegenden Erfindung. Die verwendeten Werte sind Variablen, abgetastet mit der
Rate T, wobei T die durch die Taktimpulsschaltung 10 festgelegte Abtastperiode ist
und sie werden zu dem Zeitpunkt "n" betrachtet. Auf diese Weise stellt x(n) den
Abtastwert am Ausgang 5 dar v(n) ist der Abtastwert am Ausgang des Filters 60 und y(n)
ist der Abtastwert am Ausgang 42 der Schaltungsanordnung 40. In diesem Diagramm
werden nur die Elemente dargestellt, die für diese Erläuterung erforderlich sind. Es sei
bemerkt, dass die Abstreicheinheit 61 durch einen Addierer dargestellt ist, der zu dem
Signal v(n) an dem Ausgang des Filters 60 Störanteile b(n) hinzuaddiert. Diese
Störanteile b(n) stellen Fehler dar, entstanden durch das Abstreichelement in den
Abtastwerten, welche die größte Anzahl Bits haben. Dadurch, dass die Transformierten
dieser Werte X(Z), V(Z) und Y(Z) genommen werden und dass die
Z-Übertragungsfunktion des Filters 60 benutzt wird, die als H(Z) geschrieben wird, werden die
nachfolgenden Beziehungen gebildet:
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V(Z) = [X(Z) - Y(Z)] H(Z)
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Y(Z) = V(Z) + B(Z)
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was letzten Endes Folgendes ergibt:
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Diese letztere Formel zeigt, dass wenn H(Z) ein großes Modul hat, Y(Z) dem Wert
X(Z) weitgehend nähert, während der Beitrag von B(Z) durch den Wert des Moduls
H(Z) verringert wird.
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Es erübrigt sich zu bemerken, dass die Fehler, die durch das
Abstreichelement verursacht werden, immer auftreten werden, dass aber das Spektrum
außerhalb des Durchlassbandes des Filters verworfen wird, so dass das analoge Filter 35 auf
einfache Weise diese unerwünschten Anteile verwerfen kann.
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Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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Bei dieser Ausführungsform ist die digitale Erzeugungsschaltung 1 eine
digitale Resonatorschaltung. Diese ist gebildet durch zwei Verzögerungselemente 81
und 82, die in Kaskade angeordnet sind. Der Eingang des Elementes 81 ist mit dem
Ausgang eines Addierelementes 85 verbunden, der den Ausgang der
Schaltungsanordnung 1 bildet. Das Addierelement 85 empfängt das Ergebnis aus zwei
Multiplizierelementen 88 und 90, welche die Abtastwerte an dem Ausgang der Elemente 81 und 82
mit b&sub1; bzw. b&sub2; multiplizieren. Zwei Schalter 95 und 96 ermöglichen es, den Eingängen
der Elemente 81 und 82 Ausgangswerte zuzuführen. Es ist einfach darzulegen, dass
eine derartige Schaltungsanordnung mit einer Frequenz FS schwingt, die durch den
Wert b&sub1; definiert ist. Dieser Wert b&sub1; schafft die Bestimmung der Abstimmfrequenz FS:
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Cos2 FST = +b&sub1;/2
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B&sub2; = -1.
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Um eine gute Stabilität der erzeugten digitalen Welle zu gewährleisten,
wird diese Schaltungsanordnung mit einer Periode Ti durch die nachfolgenden Werte
rückgestellt. Dies geschieht durch Betätigung der Schalter 95 und 96 (Ti hat einen
Wert von der Größenordnung einer Sekunde und wird selektiert zur Vermeidung einer
unerwünschten Diskontinuität):
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X(0) = A
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X(-1) = Acos2 FST
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wobei A eine Konstante ist, welche die Wellenamplitude definiert.
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Fig. 4 zeigt ebenfalls eine etwaige Struktur des digitalen Filters 60. Dies
ist eine Struktur eines rein rekursiven Filters, gebildet durch eine Anzahl
Verzögerungselemente 100, 101, 102, 103, ...., verbunden mit dem Ausgang des Filters. Die
Signale an den Ausgängen dieser Verzögerungselemente werden mit verschiedenen
Faktoren bp&sub1;, bp&sub2;, bp&sub3;, bp&sub4;, ...., multipliziert, und zwar mit Hilfe der
Multiplizierelemente 110, 111, 112, 113, .... Eine Reihe von Addierelementen 120 bis 123 ...
addieren alle Signale an den Ausgängen der Elemente 110, 111, 112, 113, ..., zu dem
Eingangssignal.
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Die Werte dieser jeweiligen Faktoren bp&sub1;, bp&sub2;, bp&sub3;, bp&sub4;, ..., sind
abhängig von der Synthesefrequenz FS und von der zu erhaltenden spektralen Reinheit.
Diese Werte bestimmen die Charakteristik der Filterung. In dem Dokument: "TRAITE-
MENT NUMERIQUE DU SIGNAL" von M. Bellanger, veröffentlicht in den "Masson
editions", findet man alle Angaben zur Verwirklichung dieses Filters sowie anderer
möglicher und nicht unbedingt rekursiver Strukturen.
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Ein Wandlerelement 150 gewährleistet die Änderungen der jeweiligen
Werte bp&sub1;, bp&sub2;, bp&sub3;, bp&sub4;, x(0) und x(1) als Funktion des Synthesenwertes FS.
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Fig. 5 zeigt in a eine Sendestelle mit einer Synthesizeranordnung 200
nach der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 200 wird benutzt zum Festlegen der
Trägerfrequenz des übertragenen Signals an der Antenne 210. Ein Modulator 220
moduliert diese Frequenz als eine Funktion von Informationssignalen, erzeugt von der
Prozessorschaltung 230, die an einer Klemme 235 die nützliche zu übertragende
Information erhält.
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Fig. 5 zeigt in b eine Empfangsstelle mit einer Synthesizeranordnung
300 nach der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 300 wird benutzt als
Ortsoszillator zum Modulieren oder Laden, durch die Schaltungsanordnung 320, der Frequenz
der empfangenen Welle über die Antenne 330. Eine Verarbeitungsschaltung 340
schafft die Information für den Benutzer an einer Klemme 345.