ES2323496T3

ES2323496T3 - Oscilador digital de cuadratura de fase.

Info

Publication number: ES2323496T3
Application number: ES03709935T
Authority: ES
Inventors: John Mark Royle
Original assignee: Radiodetection Ltd
Current assignee: Radiodetection Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-07-17
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: US20030155983A1; DE60327167D1; WO2003069769A2; US6642796B2; EP1474734A2; EP1474734B1; ATE428964T1; AU2003214365A1; AU2003214365A8; WO2003069769A3

Abstract

Un procedimiento para generar de manera digital ondas senoidales y cosenoidales relacionadas con la cuadratura, que comprende: generar valores senoidales y cosenoidales y un valor de magnitud igual a la suma de los cuadrados de los valores senoidales y cosenoidales; generar un valor de realimentación negativa como una función del valor de magnitud; generar el siguiente valor senoidal y valor cosenoidal para las ondas senoidales y cosenoidales respectivamente, utilizando los valores de realimentación senoidales y cosenoidales; y reiterar todos los pasos mencionados anteriormente de generación de manera reiterada; caracterizado porque los valores están enlazados por las relaciones: ** ver fórmulas** en las que sen zeta y cos zeta son los valores senoidales y cosenoidales, - (A alfa sen zeta - beta cos zeta) y - (A alfa cos zeta + beta sen zeta) son los valores respectivos de realimentación negativa, delta es un incremento de fase para cada iteración de los pasos mencionados anteriormente de generación, alfa = 2 sen 2 (delta/2) y beta = sen delta.

Description

Oscilador digital de cuadratura de fase.

La presente invención versa acerca de la generación de ondas senoidales y cosenoidales relacionadas con la cuadratura, y es particularmente útil en osciladores como los utilizados en un receptor para ubicar objetos subterráneos.

Muchas aplicaciones de procesamiento de señales requieren formas de onda senoidales y cosenoidales en tiempo real que estén sincronizadas en fase en una relación de cuadratura entre sí. Es decir, las formas de onda senoidales y cosenoidales difieren en fase las unas de las otras por 90 grados. Una aplicación tal es un receptor de radio utilizado para localizar cables subterráneos basándose en una señal magnética transmitida por los cables. El receptor de radio puede incluir una o más etapas de conversión descendente de frecuencia (es decir, etapas heterodinantes) para establecer señales altamente selectivas de frecuencia intermedia (IF) y/o de banda de modulación. Las etapas heterodinantes utilizan a menudo las señales senoidales y cosenoidales mencionadas anteriormente para establecer señales IF en fase (I) y cuadratura (Q) y/o banda de modulación.

Un oscilador convencional capaz de generar formas de onda senoidales y cosenoidales está basado en un modelo de Movimiento harmónico simple (por ejemplo, utilizando un modelo de un sistema perfecto de masa de resorte sin amortiguación). Normalmente, este oscilador requiere un bucle cerrado que incluye dos integradores en serie y un término negativo de realimentación. Una frecuencia que es solución a una ganancia de bucle igual a "-1" determina una frecuencia de salida del oscilador. Un problema con este oscilador es que es difícil sincronizar en fase las señales senoidales y cosenoidales de salida en cuadratura de fase.

Otro oscilador convencional está basado en un filtro inestable de Respuesta de impulsos infinita (IIR). Esto es muy eficiente computacionalmente, pero está limitado por la distorsión espectral y por la dificultad de mantener dos salidas sincronizadas en fase.

Otro oscilador conocido está basado en expansiones matemáticas de los términos sen (a+b) y cos (a+b). Es posible construir un oscilador acoplado de fase bloqueada que tenga una frecuencia de salida razonablemente estable para dos componentes (es decir, las señales de seno y coseno) sincronizadas en fase en cuadratura entre sí. Cuando se implementa este enfoque utilizando aritmética de coma flotante, el truncamiento de la mantisa lleva a una inestabilidad de la amplitud después de muchas iteraciones. Este problema se agrava según se van haciendo más pequeñas las anchuras de campo de coma flotante, por ejemplo, cuando se utiliza una anchura de campo de coma flotante de 32 bits. Una técnica conocida para reducir la inestabilidad de la amplitud es implementar un detector de cruce de curvas en el punto cero para poner a cero las amplitudes. Esta técnica se puede implementar en cada señal de cruce de curvas en el punto cero o después de un número fijo de oscilaciones. Aunque esta técnica mejora la estabilidad de la amplitud a largo plazo, el proceso de poner a cero la amplitud es no lineal, y de manera desventajosa provoca una distorsión espectral no deseada.

Por lo tanto, existe la necesidad para un oscilador que genere señales senoidales y cosenoidales que estén sincronizadas en fase entre sí y separadas en fase las unas de las otras por 90 grados. Existe una necesidad adicional para que dicho oscilador supere el problema mencionado anteriormente con los osciladores conocidos, tal como la inestabilidad de la amplitud y la distorsión espectral. La patente US 5619154 desvela un oscilador controlado por voltaje numérico utilizando un control de realimentación para la estabilización, según se define en la porción precaracterística de la Reivindicación 1.

La presente invención es un procedimiento según se define en la Reivindicación 1.

Una realización de la presente invención es un oscilador de cuadratura que produce formas de onda senoidales y cosenoidales que están sincronizadas en fase en cuadratura entre sí y que tienen amplitudes estabilizadas. Cada una de las formas de onda senoidales y cosenoidales tiene una pureza espectral mejorada en comparación con los osciladores conocidos de cuadratura. El oscilador de la presente invención está basado en las expansiones de sen(a+b) y cos(a+b). Sin embargo, el oscilador de la presente invención tiene una estabilidad de amplitud, una precisión de fase, una pureza espectral mejoradas en comparación con osciladores conocidos, como el oscilador reiniciado con cruce en el punto cero mencionado. Por ejemplo, en una aplicación del oscilador de la presente invención, el oscilador mejora la selectividad del receptor hasta en 25 decibelios (dB) en el oscilador de tipo de puesta a cero de la amplitud mencionado anteriormente.

El oscilador de la presente invención utiliza un magnitud vectorial resultante (sen^{2}(\theta) + cos^{2}(\theta)) de una iteración anterior del oscilador para actuar como una realimentación negativa en una ganancia de bucle del oscilador. La magnitud resultante representa y estabiliza las amplitudes de las salidas senoidales y cosenoidales del oscilador.

En un ejemplo de aplicación de la presente invención, las ondas senoidales y cosenoidales se utilizan en etapas heterodinantes de un receptor localizador, para generar señales IF y/o de receptor I y Q de banda de modulación.

La presente invención también incluye un sistema y un producto de programa informático para llevar a cabo el procedimiento descrito anteriormente.

Además, las realizaciones del procedimiento, sistema y programa informático serán más evidentes a partir de la subsiguiente descripción de la presente invención.

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Breve descripción de los dibujos/figuras

La presente invención está descrita haciendo referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos, los números de referencia similares indican elementos funcionalmente idénticos o similares.

La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de un oscilador de cuadratura de fase.

La Fig. 2 es un diagrama de bloques de un ejemplo de generadores de semillas utilizados en el oscilador de la
Fig. 1.

La Fig. 3 es un diagrama de flujo de un ejemplo de procedimiento para generar una onda senoidal y cosenoidal.

La Fig. 4 es un ejemplo de un receptor en el que se puede utilizar la presente invención.

La Fig. 5 es una ilustración de un ejemplo de un sistema/entorno de procesamiento en el que se puede implementar la presente invención.

La Fig. 6 es un ejemplo de un sistema informático que se puede utilizar en la presente invención.

En primer lugar, a continuación se proporciona un tratamiento matemático de la presente invención. Entonces, se describe la realización preferida en conexión con las Figuras 1-4. El oscilador genera/produce una forma de onda (también denominada señal) senoidal y una forma de onda cosenoidal, teniendo cada una frecuencia deseada fsyn. La forma de onda senoidal incluye una serie de valores senoidales, estando separado cada uno de los valores senoidales de uno precedente de los valores senoidales por un incremento constante \delta de fase. De manera similar, la forma de onda cosenoidal incluye una serie de valores cosenoidales separados por el incremento \delta de fase.

El oscilador de la presente invención utiliza una técnica iterativa para generar las formas de onda senoidales y cosenoidales. Una iteración actual genera/produce un valor senoidal = sen(\theta), y un valor cosenoidal = cos(\theta). Una siguiente iteración de la presente invención produce un siguiente valor senoidal = sen(\theta + \delta), y un siguiente valor cosenoidal = cos(\theta + \delta). El incremento \delta de fase está dado por:

1

en la que

fsyn: es la frecuencia deseada de las ondas senoidales y cosenoidales, y

Fs: es una frecuencia de muestreo, es decir, la velocidad a la que se llevan a cabo las iteraciones

en la presente invención.

Las semillas primera y segunda \alpha y \beta (también denominados valores semilla \alpha y \beta) se utilizan en la presente invención para establecer una ganancia de bucle del oscilador. La ganancia de bucle del oscilador establece, en parte, una frecuencia común de las formas de onda senoidales y cosenoidales. Los valores semilla \alpha y \beta están dados por:

2

Las expresiones para el siguiente valor senoidal (es decir, sen(\theta + \delta)) y el siguiente valor cosenoidal (es decir, cos(\theta + \delta)) pueden ser expandidas cada una utilizando las expansiones trigonométricas a continuación:

3

4

A partir de las anteriores expansiones, se colige que los dos componentes de fase de cuadratura (es decir, los valores) sen(\theta + \delta) y cos(\theta + \delta) pueden calcularse conforme a las siguientes:

5

en las que A = sen^{2}(\theta) + cos^{2}(\theta)

A es una amplitud escalar resultante (o un valor de magnitud) correspondiente a los valores senoidales y cosenoidales sen(\theta) y cos(\theta) que preceden inmediatamente a los siguientes valores senoidales y cosenoidales sen(\theta + \delta) y cos(\theta + \delta). En otras palabras, los siguientes valores senoidales y cosenoidales son una función de una suma de los cuadrados de los valores senoidales y cosenoidales precedentes.

La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un ejemplo de un oscilador 100 de cuadratura de fase. El oscilador 100 incluye los siguientes elementos funcionales de alto nivel: un generador 102 de semillas; un generador 104 de pulso inicial; integradores primero y segundo 106 y 108; generadores primero y segundo 110 y 112 de realimentación; y un generador 114 de magnitud.

El generador 102 de semillas recibe un valor 116 de frecuencia predeterminada de muestreo (es decir, el valor de frecuencia de muestreo Fs) y un valor 118 de frecuencia deseada de señal (es decir, la frecuencia deseada de la forma de onda de salida fsyn) desde una fuente externa, no mostrada. El generador 102 de semillas produce (es decir, genera) una primera semilla 120 (es decir, el valor de semilla \alpha) y una segunda semilla 122 (es decir, el valor de semilla \beta) a partir de los valores de entrada 116 y 118. El generador 102 de semillas se describe adicionalmente en conexión con la Fig. 2, a continuación.

Excepto cuando se menciona a continuación, el oscilador 100 se describe ahora en el contexto de un funcionamiento de estado estable del mismo. En el estado estable, el oscilador 100 itera continuamente para generar muestras sucesivas senoidales y cosenoidales representativas de formas de ondas senoidales y cosenoidales respectivas. En una iteración actual, el integrador 106 genera un valor senoidal 124 (es decir, sen(\theta)) de una forma de onda senoidal. De manera similar, el integrador 108 genera un valor cosenoidal 126 (es decir, cos(\theta)) de una forma de onda cosenoidal. El generador 114 de magnitud genera un valor 128 de magnitud igual a la suma de los cuadrados de los valores senoidal y cosenoidal 124 y 126 (es decir, A = sen^{2}(\theta) + cos^{2}(\theta)). El oscilador 100 itera a una velocidad igual a la frecuencia de muestreo Fs.

El generador 110 de realimentación genera una señal 130 de realimentación negativa como una función de los valores senoidales y cosenoidales 124 y 126, y como una función del valor 128 de magnitud. El generador 110 de realimentación también utiliza semillas 120 y 122 para generar una señal 130 de realimentación negativa. El generador 110 de realimentación genera una señal 130 de realimentación negativa conforme a la ecuación:

6

El integrador 106 genera un siguiente valor senoidal (es decir, sen(\theta + \delta)) utilizando el valor senoidal 124 y la señal 130 de realimentación negativa. El valor 128 de magnitud (es decir, sen^{2}(\theta) + cos^{2}(\theta)) actúa como una realimentación negativa en la ganancia de bucle del oscilador 100, para estabilizar las amplitudes de los valores senoidales y cosenoidales.

De manera similar al generador 110 de realimentación, el generador 112 de realimentación genera una señal 134 de realimentación negativa como una función de los valores senoidales y cosenoidales 124 y 126, y como una función del valor 128 de magnitud. El generador 112 de realimentación también utiliza semillas 120 y 122 para generar una señal 134 de realimentación negativa. El generador 112 de realimentación genera una señal 134 de realimentación negativa conforme a la ecuación:

7

A su vez, el integrador 108 genera un siguiente valor cosenoidal (es decir, cos(\theta + \delta)) en base al valor 134 de realimentación negativa y al valor cosenoidal 126.

El procedimiento descrito anteriormente se repite con cada iteración del oscilador 100. Por lo tanto, el oscilador 100 produce valores senoidales sucesivos de sen(\theta + n\delta) y valores cosenoidales de cos(\theta + n\delta), en los que n = 0, 1, 2, 3, ...; etc.

El funcionamiento de estado estable del oscilador 100 se ha descrito anteriormente en el contexto de valores senoidales y cosenoidales actuales, y los siguientes valores senoidales y cosenoidales que dependen de los valores senoidales y cosenoidales actuales. Se debe comprender que si se consideran los valores senoidales y cosenoidales actuales recién mencionados como valores senoidales y cosenoidales pasados (en vez de valores actuales), entonces los siguientes valores senoidales y cosenoidales de más arriba pueden ser considerados los valores senoidales y cosenoidales actuales (en vez de los siguientes valores) que dependen del anterior valor senoidal y cosenoidal. En cualquier caso, el funcionamiento resultante del oscilador 100 es el mismo.

El generador 104 de impulsos genera un impulso inicial 140, y aplica el impulso al integrador 108 para iniciar el funcionamiento del oscilador 100, como se ha mencionado anteriormente.

Se describen ahora con mayor detalle los elementos funcionales de alto nivel descritos anteriormente. El integrador 106 incluye un combinador 142 para restar un valor 130 de realimentación negativa del valor senoidal 124 para producir un valor intermedio 144. El integrador 106 incluye una unidad 146 de retardo que sigue al combinador 142. La unidad 146 de retardo retrasa la señal 144 un único ciclo de reloj. De manera similar, el integrador 108 incluye un combinador 150 y una unidad 152 de retardo que sigue al combinador. El combinador 150 resta el valor 134 de realimentación negativa del valor cosenoidal 126 para producir un valor intermedio 154. La unidad 152 de retardo retrasa el valor unitario 154 un ciclo de reloj. El combinador 150 también recibe un impulso inicial 140 del generador 104 de impulso inicial, para hacer que el oscilador 100 oscile (es decir, itere), provocando de ese modo que el oscilador entre en un estado estable.

El generador 110 de realimentación incluye multiplicadores primero y segundo 156 y 158, que alimentan un combinador 160. El multiplicador 156 multiplica juntos el valor 128 de magnitud, la semilla 120 y el valor senoidal 124 para producir un valor intermedio 162. El multiplicador 158 multiplica juntos la semilla 122 y el valor cosenoidal 126 para producir un valor intermedio 164. El combinador 160 resta el valor intermedio 164 del valor intermedio 162 para producir un valor 130 de realimentación negativa.

El generador 112 de realimentación incluye multiplicadores 166 y 168, que alimentan un combinador 170. El multiplicador 166 multiplica juntos el valor cosenoidal 126, la semilla 120 y el valor 128 de magnitud para producir un valor intermedio 171. El multiplicador 168 multiplica juntos el valor senoidal 124 y la semilla 122 para producir un valor intermedio 172. El combinador 170 suma juntos los valores intermedios 171 y 172 para producir un valor 134 de realimentación negativa.

El generador 114 de magnitud incluye multiplicadores 174a y 174b, que alimentan un combinador 176. El multiplicador 174a genera un valor 178a igual a un cuadrado del valor 124. El multiplicador 174b genera un valor 178b igual a un cuadrado del valor cosenoidal 126. El combinador 176 suma los valores cuadrados 178a y 178b para producir el valor 128 de magnitud.

El generador 104 de impulsos incluye una fuente 180 de impulsos seguida de una etapa 182 de ganancia variable.

La Fig. 2 es un diagrama de bloques del generador 102 de semillas, conforme a una realización de la presente invención. El generador 102 de semillas incluye una etapa 202 de ganancia variable para ponderar el valor 116 de la frecuencia de muestreo, para producir un valor 204 de frecuencia ponderada. Un multiplicador 206 multiplica juntos el valor ponderado 204 y el valor 118 de la frecuencia deseada, para producir un valor 208. El valor 208 se genera conforme a la ecuación:

8

Un generador senoidal 210 produce la semilla 122 a partir del valor 208. También, un multiplicador 212 multiplica juntos el valor 208 y un valor ponderado de un medio (producido por un generador constante 213) para producir un valor 214. Un generador senoidal 216 genera un valor 218 a partir del valor 214. Un multiplicador 220 multiplica juntos un valor ponderado de dos (2) (producido por un generador constante 217) y un cuadrado del valor 218, para producir la semilla 120.

El oscilador 100 ha sido implementado en un procesador de señales digitales de coma flotante de 32 bits. Las técnicas de la presente invención consiguen una estabilidad de amplitud en cada uno de los valores senoidales y cosenoidales que está limitada únicamente por la resolución del componente de mantisa de los números de coma flotante que representan los valores senoidales y cosenoidales. Es decir, la estabilidad de la amplitud se encuentra dentro un bit menos significativo (LSB) en un campo de 24 bits, dado que un número de coma flotante de 32 bits comprende una mantisa de 24 bits y un Campo exponente de 8 bits. La frecuencia de salida de las formas de onda senoidales y cosenoidales tienen una precisión regida por la fuente externa de reloj, es decir, la fuente del valor de frecuencia de muestreo Fs. El oscilador 100 puede sintetizar frecuencias en la banda entre 0 Hz y Fs/4, en la que Fs es la frecuencia de muestreo o velocidad de actualización (iteración) del oscilador 100. La distorsión espectral provocada por el oscilador 100 está limitada al LSB de la mantisa.

Los dos componentes de forma de onda producidos por el oscilador 100 (es decir, la forma de onda senoidal y la forma de onda cosenoidal) están sincronizadas en fase a 90º entre sí. El error del ángulo de fase está limitado al LSB de la mantisa. El oscilador está en funcionamiento continuamente, mientras mantiene todos anteriores criterios de rendimiento (tal como, estabilidad de amplitud, error de fase, etcétera), y requiere un cantidad fija de cómputos por iteración del oscilador.

Como se ha descrito anteriormente, la presente invención utiliza la magnitud vectorial resultante (sen^{2}(\theta) + cos^{2}(\theta))
(valor 128) de la anterior iteración del oscilador para actuar como una realimentación negativa sobre la ganancia de bucle del oscilador, para producir valores actuales de las formas de onda senoidales y cosenoidales (o de manera equivalente, se utiliza la magnitud resultante de la iteración actual para producir los siguientes valores). La magnitud resultante es un término de estabilización de la amplitud que garantiza que los valores de salida senoidales y cosenoidales (y de esta manera, las formas de onda) son estables hasta dentro de un LSB de la mantisa utilizada para representar los valores senoidales y cosenoidales.

La Fig. 3 es un diagrama de flujo de un ejemplo del procedimiento 300 para generar una onda senoidal y una onda cosenoidal, al mismo tiempo (los términos "onda" y "forma de onda" se utilizan en el presente documento de forma intercambiable). Las ondas senoidales y cosenoidales están sincronizadas en fase entre sí y cada una está estabilizada en amplitud. El procedimiento 300 incluye un primer paso 305 que incluye generar un valor senoidal (también denominado de manera intercambiable como un "valor seno"). Por ejemplo, el integrador 108 genera un valor seno 124.

Un siguiente paso 310 incluye generar un valor cosenoidal. Por ejemplo, el integrador 108 genera un valor cosenoidal 126.

Un siguiente paso 315 incluye generar un valor de magnitud igual a la suma de los cuadrados del valor senoidal y del valor cosenoidal. Por ejemplo, el generador 114 de magnitud genera un valor 128 de magnitud.

Un siguiente paso 320 incluye generar un primer valor de realimentación negativa como una función del valor senoidal, del valor cosenoidal y del valor de magnitud. Por ejemplo, el generador 110 de realimentación genera una señal 130 de realimentación negativa.

Un siguiente paso 325 incluye generar un siguiente valor senoidal utilizando el valor senoidal y el primer valor de realimentación negativa. Por ejemplo, el integrador 106 genera un siguiente valor senoidal utilizando el valor senoidal 124 y la señal 130 de realimentación negativa.

Un siguiente paso 330 incluye generar una segunda señal de realimentación negativa como una función del valor senoidal, del valor cosenoidal y del valor de magnitud. Por ejemplo, el generador 112 de realimentación genera una señal 134 de realimentación negativa.

Un siguiente paso 335 incluye generar un siguiente valor cosenoidal utilizando el valor cosenoidal y el segundo valor de realimentación negativa. Por ejemplo, el integrador 108 genera el siguiente valor cosenoidal en base al valor cosenoidal 126 y a la señal 134 de realimentación negativa.

Un siguiente paso 340 incluye repetir los pasos 305 a 335 para generar una serie de valores senoidales que representan una forma de onda senoidal y una serie de valores cosenoidales que representan una forma de onda cosenoidal.

Otros procedimientos de la presente invención se encuentran dentro del ámbito de la presente invención. Por ejemplo, otro procedimiento de la presente invención incluye algunos, pero no todos, de los pasos del procedimiento 300.

La Fig. 4 es un ejemplo de un receptor 400 en el que se puede utilizar la presente invención. El receptor 400 se puede utilizar para localizar un objeto subterráneo (no mostrado en la Fig. 4), tal como un cable o una herramienta de taladro. El objeto subterráneo transmite una señal magnética 401. El receptor 400 incluye una antena 402 para recibir la señal magnética 401, y para entregar una señal 404 de radiofrecuencia (RF) representativa de la señal magnética a una sección de entrada RF 406. La sección de entrada RF 406 entrega una señal de RF 408 amplificada y filtrada a un convertidor 410 de analógico a digital (CAD).

El CAD 410 muestrea la señal 408 para producir una señal digitalizada 412 que incluye muestras de señal digitalizada. El CAD 410 proporciona una señal digitalizada 412 a un rectificador 414 de ondas en fase (1) y a un rectificador 416 de ondas de cuadratura (Q). El oscilador 100, descrito anteriormente en conexión con las Figuras 1-3, proporciona una señal senoidal 418 y una señal cosenoidal 420 a los rectificadores de ondas respectivos 414 y 416. La señal senoidal 418 incluye una serie de valores senoidales (por ejemplo, el valor senoidal 124, como se ha descrito anteriormente), y una señal cosenoidal 420 incluye una serie de valores cosenoidales (por ejemplo, el valor cosenoidal 126, descrito anteriormente). El rectificador 414 de ondas convierte descendentemente la frecuencia de la señal 412 a una señal I 422, que puede ser una señal IF o banda de modulación. Un procesador 426 de señal digital procesa la señal I 422. De manera similar, el rectificador 416 de ondas convierte descendentemente la frecuencia de la señal 412 a una señal Q 430, que puede ser una señal IF o una señal de banda de modulación, y proporciona la señal Q convertida descendentemente al procesador 426. El DSP 426 lleva a cabo cualquier número de funciones de procesamiento utilizando las señales 422 y 430, tal como filtrado, decimación, desmodulación de la amplitud y/o frecuencia, por ejemplo.

Las realizaciones de la presente invención son de un uso particular en la localización de objetos subterráneos, que transmiten señales magnéticas 401.

Los detectores de objetos subterráneos son a menudo dispositivos portátiles de mano. Dichos dispositivos deberían ser pequeños, ligeros y portátiles. Por lo tanto, el aparato de procesamiento debería ser pequeño, fiable, sin una monitorización externa, y debería tener unos requerimientos bajos de energía, para ahorrar vida de la batería.

Las realizaciones de la presente invención son especialmente adecuados para ser utilizadas en dispositivos de localización porque las realizaciones tienen una elevada precisión como se ha explicado anteriormente, mientras que son compactas y tienen requerimientos bajos de energía, siendo adecuadas de ese modo para dispositivos de localización alimentados por batería.

Ejemplos de implementaciones A. Ejemplos de implementaciones de hardware/software/firmware

La presente invención (por ejemplo, el oscilador 100) puede ser implementada en hardware, software, firmware y/o combinaciones de los mismos, incluyendo, sin limitación, circuitos predifundidos, circuitos predifundidos programables ("PGA"), PGA rápido ("FPAG"), circuitos integrados para aplicaciones específicas ("ASIC"), procesadores, microprocesadores, microcontroladores y/u otros circuitos embutidos, procesos y/o procesadores de señales digitales, y lógica de hardware discreta. La presente invención se implementa preferiblemente con electrónica digital pero también se puede implementar con electrónica analógica y/o combinaciones de electrónica digital y analógica.

La Fig. 5 ilustra un ejemplo de sistema/entorno de procesamiento 500, en el que se puede implementar la presente invención. El sistema 500 de procesamiento incluye un procesador 502 (o múltiples procesadores 502), una memoria 504, una interfaz (I/F) 506 de entrada/salida (I/O), y una I/F 508 de comunicaciones acoplada entre el procesador, la memoria y la I/F de I/O. El sistema 500 también puede incluir una fuente local 510 de reloj. El sistema 500 se comunica con agentes/dispositivos externos utilizando la I/F 506 de I/O. La I/F 506 de I/O puede incluir interfaces para una interconexión con la memoria externa, los canales externos de comunicaciones, los relojes y temporizadores externos, los dispositivos externos, etcétera.

La memoria 504 incluye una memoria de datos para almacenar información/datos y una memoria de programa para almacenar instrucciones de programa. El procesador 502 lleva a cabo funciones de procesamiento conforme a las instrucciones de programa almacenadas en la memoria 504. El procesador 502 puede acceder a los datos en la memoria 504 según sea necesario. Además, o de manera alternativa, el procesador 502 puede incluir porciones fijas/programadas de hardware, como lógica digital, para llevar a cabo algunas o todas las funciones de procesamiento mencionadas anteriormente sin tener que acceder a las instrucciones de programa en la memoria 504.

El oscilador 100 puede estar implementado utilizando un entorno 500 de procesamiento. Por ejemplo, uno o más de los bloques funcionales 102-114 del oscilador 100 pueden estar implementados en el entorno 500. También, los procedimientos de la presente invención, por ejemplo, el procedimiento 300, puede estar implementados utilizando el entorno 500.

B. Ejemplo de implementaciones de programas informáticos

La presente invención también puede estar implementada en código legible por ordenador, o software, que se ejecuta en un sistema informático. La Fig. 6 ilustra un ejemplo de un sistema 600 de ordenador, en el que se puede implementar la presente invención como código legible por ordenador. Se describen diversas realizaciones de la invención de este ejemplo de sistema informático 600. Después de leer esta descripción, será evidente para un experto en la técnica relevante cómo implementar la invención utilizando otros sistemas informáticos y/o arquitecturas informáticas.

En la presente invención, todos los bloques de procesamiento de señales del oscilador 100 (por ejemplo, los bloques 102-114) pueden ejecutarse en uno o más sistemas informáticos 600 diferenciados, para implementar los diversos procedimientos de la presente invención (por ejemplo, el procedimiento 300). El sistema informático 600 incluye uno o más procesadores, como el procesador 604. El procesador 604 puede ser un procesador de señales digitales de aplicación especial o uno de aplicación general. El procesador 604 está conectado a una infraestructura 606 de comunicaciones (por ejemplo, un bus o una red). Se describen diversas implementaciones informáticas en términos de este sistema informático ejemplar. Después de leer esta descripción, será evidente para un experto en la técnica relevante cómo implementar la invención utilizando otros sistemas informáticos y/o arquitecturas informáticas.

El sistema informático 600 también incluye una memoria principal 608, preferiblemente memoria de acceso aleatorio (RAM), y puede incluir también una memoria secundaria 610. La memoria secundaria 610 puede incluir, por ejemplo, una unidad 612 de disco duro y/o una unidad 614 extraíble de almacenamiento, representando una unidad de disquete, una unidad de cinta magnética, una unidad de disco óptico, etc. la unidad 618 extraíble de almacenamiento, representa un disquete, una cinta magnética, un disco óptico, etc. que es leído y al que se escribe por medio de la unidad 614 extraíble de almacenamiento. Como se apreciará, la unidad 618 extraíble de almacenamiento incluye un medio de almacenamiento utilizable por un ordenador que tiene almacenado en su interior software y/o datos informáticos.

En realizaciones alternativas, la memoria secundaria 610 puede incluir otros medios similares para permitir que los programas informáticos u otras instrucciones sean cargados en el sistema informático 600. Dichos medios pueden incluir, por ejemplo, una unidad 622 extraíble de almacenamiento y una interfaz 620. Ejemplos de dichos medios pueden incluir un cartucho de programa y una interfaz de cartuchos (tal como la que se encuentra en dispositivos de videojuegos), un chip extraíble de memoria (como EPROM o PROM) y un receptáculo asociado, y otras unidades 622 extraíbles de almacenamiento e interfaces 620 que permiten que se transfiera software y datos desde la unidad 622 extraíble de almacenamiento al sistema informático 600.

El sistema informático 600 también puede incluir una interfaz 624 de comunicaciones. La interfaz 624 de comunicaciones permite que se pueda transferir software y datos entre el sistema informático 600 y dispositivos externos. Ejemplos de la interfaz 624 de comunicaciones pueden incluir un módem, una interfaz de red (como una tarjeta de Ethernet), un puerto de comunicaciones, un zócalo y una tarjeta de PCMCIA, etc. El software y los datos transferidos por medio de la interfaz 624 de comunicaciones tienen la forma de señales 628 que pueden ser electrónicas, electromagnéticas, ópticas u otras señales capaces de ser recibidas por la interfaz 624 de comunicaciones. Estas señales 628 están proporcionadas a la interfaz 624 de comunicaciones por medio de una vía 626 de comunicaciones. La vía 626 de comunicaciones transporta señales 628 y puede ser implementado utilizando hilo o cable, fibras ópticas, una línea telefónica, un enlace de teléfono móvil, un enlace de RF y otros canales de comunicaciones.

En este documento, los términos "medio de programa informático" y "medio utilizable por un ordenador" se utilizan en general para hacer referencia a medios cuya unidad 614 extraíble de almacenamiento, un disco duro instalado en la unidad 612 de disco duro, y señales 628. Estos productos de programa informático son medios para proporcionar software al sistema informático 600.

Los programas informáticos (también denominados lógica de control del ordenador) están almacenados en la memoria principal 608 y/o en la memoria secundaria 610. Los programas informáticos también pueden ser recibidos por medio de la interfaz 624 de comunicaciones. Dichos programas informáticos, cuando se ejecutan, permiten al sistema informático 600 implementar la presente invención según se ha explicado en el presente documento. En particular, los programas informáticos, cuando se ejecutan, permiten que el procesador 604 implemente los procedimientos de la presente invención, tal como el o los procedimientos implementados utilizando la estructura 100 del oscilador descrita anteriormente, como el procedimientos 300, por ejemplo. En consecuencia, dichos programas informáticos representan controladores del sistema informático 600. A título de ejemplo, en las realizaciones de la invención, los procesos llevados a cabo por los bloques de procesamiento de señales del oscilador 100 pueden llevarse a cabo mediante lógica de control del ordenador. Cuando la invención se implementa utilizando software, el software puede almacenarse en un producto de programa informático y cargarse en el sistema informático 600 utilizando la unidad 614 extraíble de almacenamiento, el disco duro 612 o la interfaz 624 de comunicaciones.

Conclusión

Aunque se han descrito anteriormente diversas realizaciones de la presente invención, se debería comprender que se han presentado a título de ejemplo, y no de limitación. Será evidente para los expertos en la técnica relevante que se pueden llevar a cabo diversos cambios en forma de detalle sin alejarse, del ámbito de la invención.

La presente invención ha sido descrita anteriormente con la ayuda de bloques constitutivos funcionales y pasos de procedimiento que ilustran el rendimiento de las funciones especificadas y las relaciones de las mismas. Los límites de estos bloques constitutivos funcionales y los pasos de los procedimientos han sido definidos de manera arbitraria en el presente documento para la conveniencia de la descripción. Se pueden definir límites alternativos siempre que las funciones especificadas y las relaciones de las mismas se lleven a cabo de manera apropiada. Un experto en la técnica reconocerá que estos bloques constitutivos funcionales, pueden ser implementados por componentes discretos, circuitos integrados para aplicaciones específicas, procesadores que ejecutan software apropiado y similar o cualquier combinación de los mismos, como se describió anteriormente en conexión con las FIGURAS 5 y 6, por muestra. De este modo, el alcance y el ámbito de la presente invención no deberían estar limitados por ninguna de las realizaciones ejemplares descritas anteriormente, sino que debería estar definido únicamente conforme a las siguientes reivindicaciones.

Claims

1. Un procedimiento para generar de manera digital ondas senoidales y cosenoidales relacionadas con la cuadratura, que comprende:

: generar valores senoidales y cosenoidales y un valor de magnitud igual a la suma de los cuadrados de los valores senoidales y cosenoidales;

: generar un valor de realimentación negativa como una función del valor de magnitud;

: generar el siguiente valor senoidal y valor cosenoidal para las ondas senoidales y cosenoidales respectivamente, utilizando los valores de realimentación senoidales y cosenoidales;

: y reiterar todos los pasos mencionados anteriormente de generación de manera reiterada;

caracterizado porque los valores están enlazados por las relaciones:

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: en las que sen \theta y cos \theta son los valores senoidales y cosenoidales,

: - (A \alpha sen \theta - \beta cos \theta) y - (A \alpha cos \theta + \beta sen \theta) son los valores respectivos de realimentación negativa,

: \delta es un incremento de fase para cada iteración de los pasos mencionados anteriormente de generación,

: \alpha = 2 sen^{2} (\delta/2) y

: \beta = sen \delta.

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2. Un procedimiento conforme a la Reivindicación 1, en el que:

: el siguiente valor senoidal se genera como un número de coma flotante que tiene un campo de amplitud-mantisa de N bits.

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3. Un procedimiento conforme a la Reivindicación 2, en el que N = 24.

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4. Un procedimiento conforme a la Reivindicación 2, en el que:

: el siguiente valor cosenoidal se genera como un número de coma flotante que tiene un campo de amplitud-mantisa de N bits.

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5. Un sistema (100) para generar de manera digital ondas senoidales y cosenoidales relacionadas con la cuadratura, configurado para ejecutar el procedimiento de cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, que comprende:

: un primer integrador (106) especialmente adaptado para generar el valor senoidal; y

: un segundo integrador (108) especialmente adaptado para generar el valor cosenoidal;

: un generador (114) de magnitud especialmente adaptado para generar el valor de magnitud; y

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: generadores (110, 112) de realimentación especialmente adaptados para generar los valores de realimentación negativa correspondientes a los valores senoidales y cosenoidales; caracterizado porque los valores están vinculados por las relaciones:

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: (A \alpha sen \theta - \beta cos \theta) y - (A \alpha cos \theta + \beta sen \theta) son los valores respectivos de realimentación negativa,

: \alpha = 2 sen^{2} (\delta/2) y

: \beta = sen \delta.

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6. Un producto de programa informático que comprende un medio utilizable por ordenador que tiene medios de código de programa legible por ordenador plasmados en dicho medio para hacer que los programas de aplicación ejecuten en un procesador de ordenador una generación digital de ondas senoidales y cosenoidales relacionadas con la cuadratura, utilizando el procedimiento de cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4.

7. Un receptor para localizar objetos subterráneos, que comprende un sistema conforme a la Reivindicación 5.