JP3170789B2 - 低周波信号発生器 - Google Patents

低周波信号発生器

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JP3170789B2 JP14471890A JP14471890A JP3170789B2 JP 3170789 B2 JP3170789 B2 JP 3170789B2 JP 14471890 A JP14471890 A JP 14471890A JP 14471890 A JP14471890 A JP 14471890A JP 3170789 B2 JP3170789 B2 JP 3170789B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非常に低い周波数での物理現象としての騒
音振動の解析や医学上の生体実験等を行う場合に用いら
れる擬似的な低周波信号発生器を、簡単な構成で低価格
かつ高精度に提供するものである。
従来の技術 従来の低周波信号発生器は、ほとんどの場合がコンデ
ンサや抵抗器のようなアナログ部品を用いて実現されて
いる。しかしこのような構成では、発振周波数が下がる
につれてコンデンサや抵抗の値が大きくなり従ってこれ
らの部品が大型化してコスト的な問題が発生していた。
さらにこのような部品では個別な値のバラツキがあるた
め最終的な調整工数が必要でありまた温度特性を持つた
めに精度的な問題があった。また精度を上げるためにこ
れらをディジタル的に構成するようなものもあったが、
発振周波数を変化させる毎に、FFT演算やディジタルフ
ィルタの係数を変化させる計算を再実行するような構成
であったために、コスト的な問題があった。
発明が解決しようとする課題 本発明は、前記従来の問題点を解消するもので、騒音
振動の解析実験や医学上の生体実験で必要となる低周波
信号の発生を簡単な構成でかつ高精度に行うものであ
る。この課題解決のために、比較的高い周波数を持つ原
発振器とこの原発振器の出力をディジタル的に1/N(N
は2以上の整数)に分周する分周器及び分周器の出力を
ディジタル信号に変換する変換器で構成されるディジタ
ル信号発生手段と、このディジタル信号発生手段の出力
信号の基本周波数成分のみを取り出すような帯域濾波特
性を持つディジタルフィルタ手段を使用し、このディジ
タルフィルタ手段の動作クロック周波数は上記ディジタ
ル信号発生手段の分周器の途中から取り出した信号を使
用して、基本周波数と帯域濾波特性が連動する構成と
し、分周比Nを変化させる事によって任意の低周波信号
を作成するものである。本発明の構成によって、超低周
波信号源を必要とする騒音振動の解析実験や医学上の生
体実験をはじめとして、種々の用途に対して簡単な構成
で低価格でかつ高精度な低周波信号発生器を提供するも
のである。
課題を解決するための手段 本発明は、超低周波数の発振器を、比較的高い周波数
の原発振器の出力信号を、比較的高い分周比でディジタ
ル的に分周した波形をもとに、この波形の基本周波数成
分のみを取り出すようなディジタルフィルタを使用する
ものとし、ディジタルフィルタの動作クロック信号を分
周器の途中から分周比の2倍以上のものを使用して基本
周波数と帯域濾波特性が連動して動作するようにして構
成するものであり、ディジタル信号発生手段とディジタ
ルフィルタ手段とよりなる。
ディジタル信号発生手段は、水晶等で構成される高い
発振周波数をもつ原発振器、上記原発振器の出力信号を
ディジタル的に1/Nにカウントダウンするカウンタ等で
構成された分周器及び上記分周器の出力をディジタルデ
ータに変換するA/D変換器で構成される。
ディジタルフィルタ手段は、遅延素子や係数乗算等で
構成されるディジタルフィルタで構成され、帯域濾波特
性は、上記ディジタル信号発生手段から出力される基本
周波数成分のみを取り出せるような、12dB以上の減衰特
性を持つローパスあるいはバンドパスフィルタの特性を
持つものである。またこのディジタルフィルタの動作ク
ロック信号は、上記ディジタル信号発生手段の分周器の
途中から周波数の2倍以上の周波数の信号を取り出した
ものを使用して、基本周波数と帯域濾波特性に比例関係
が存在するように構成する。
作用 所定の希望する低周波信号の周波数をfとし、比較的
高い周波数を持つ原発振器の周波数をFとする。まずデ
ィジタル信号発生手段の分周器の分周比NをF/fに設定
して、ディジタル信号発生手段から出力されるディジタ
ル信号の基本周波数がfとなるようにする。またディジ
タルフィルタ手段の帯域特性は、例えば2次以上の減衰
特性を持ち折点周波数がfであるようなローパスフィル
タをディジタル的に構成し、ディジタルフィルタの係数
を設定しておく。この場合ディジタルフィルタの動作ク
ロック信号の周波数は例えば8×F/Nとしておく。そし
てディジタル信号発生手段の出力信号をディジタルフィ
ルタ手段に通す事によって、基本周波数f以外の高調波
(2f,3f,4f……)は、12dB/oct以上の減衰特性で16次高
調波まで抑止される事になり、基本周波数成分fのみが
取り出される事になる。また同様に別の低周波信号f′
を取り出す場合には、ディジタル信号発生手段の分周比
N′をF/f′に再設定する事により、ディジタルフィル
タ手段の帯域特性も比例的に変化して折点周波数がf′
で12dB/octの減衰特性を持つようになり、基本周波数
f′の高調波は同様に16次高調波まで抑止されて、基本
周波数成分f′のみが取り出されるようになる。上記の
ようにして本発明の作用により任意の低周波信号を発生
させる事が可能となる。
実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第1
図は本発明の低周波信号発生器の一実施例の構成を示
し、所定の希望する低周波信号の周波数fを指定した場
合のディジタル信号発生手段の分周器の分周比Nの設定
及び、ディジタル信号発生手段から出力されるディジタ
ル信号(例えば矩形波)の基本周波数成分のみを取り出
すような帯域濾波特性(例えばfで折点周波数を持ち減
衰特性が12dB/oct以上)を持つディジタルフィルタで構
成されるディジタルフィルタ手段を分周器の途中から取
り出した(例えばfの8倍の)信号によって動作させ、
任意の低周波信号を分周比Nを切換えて発生する処理の
流れを示している。
第1図において、ディジタル信号発生手段1は、水晶
発振子等で構成される比較的高い周波数Fを持つ原発振
器2、外部から指定される発振周波数fを基本周波数と
するディジタル信号を作り出すために、原発振器の出力
をf/Fの分周比N(N=F/f)に分周する分周器3および
分周器の出力をディジタル的に取り扱えるように符号付
の数値データに変換するA/D変換器4で構成される。
ディジタルフィルタ手段5は、折点周波数がfで12dB
/oct以上の減衰特性を持つディジタルローパスフィルタ
で構成され、動作クロック信号は、分周器の途中から一
定の比率(例えばfの8倍)で取り出した信号を使用し
ている。
アナログ変換部は、ディジタルフィルタ手段5出力さ
れるディジタルの周波数がfである正弦波をアナログ波
形に変換するD/A変換器6及び折り返し周波数成分を除
去するための積分器7で構成される。
設定部は、外部から指定される発振周波数fと原発振
器の周波数から分周器3の分周比Nを計算して設定分周
比計算手段8よりなる。
第1図で示した低周波信号発生器の詳細な構成例にお
ける動作原理を説明する前に、ディジタル信号発生手段
1から出力される信号の周波数成分及びディジタルフィ
ルタ手段5の周波数特性の関係を第2図を用いて説明を
行う。
第2図において、ディジタル信号発生手段1からの出
力信号が基本周波数fで正負対称な矩形波の周波数スペ
クトルを(a)に、またクロック信号が8fの周波数でf
に折り返し周波数を持ち減衰特性が12dB/octであるロー
パスディジタルフィルタの伝達特性を(a′)に示して
いる。同図(b)は、同図(a)の基本周波数fを2倍
にした周波数f′の周波数スペクトルを示しており、ま
た上記ローパスディジタルフィルタのクロック信号が8
f′という関係が常に成立している場合の伝達特性の変
化する様子を同図(b′)に示している。
これらが成立する事を以下に数学的に証明を行う。正
負対称で周波数がfの矩形波をフーリエ級数展開すると
次の(1)式で与えられる。
(1)式において基本周波数fが2倍になると(2)
式のようになり、各周波数成分はスペクトル位置を2倍
に移動したものになる。
またディジタルフィルタのクロック周波数と帯域特性
の関係は、ディジタル伝達関数をH(z)、クロック周
波数をCLK、入力信号の周波数をfとすると、ディジタ
ル伝達関数の周波数特性G(f)は、 G(f)=H(xep(j2πf/CLK)) (3) となる。第(3)式の周波特性において、クロック周波
数をCLK′に変化させた場合、ディジタル伝達関数の周
波数特性をG′(f)とすると、 G′(f)=H(exp)(j2πf/CLK′)) (4) となる。さらに(4)式を変形させると、 となる。第(5)式において、f′=fCLK/CLK′とおく
と G′(f)=H(exp(j2πf′/CLK)) (5a) となり、第(3)式の関係から G′(f)=G(f′)=G(CLK/CLK′xf) (6) となる。つまりこれはクロック周波数を変化させると、
ディジタルフィルタの帯域特性がクロック周波数と比例
関係で変化する事を示している。
以下、第1図に示した本発明による低周波信号発生器
の詳細な構成例による動作原理を示す。
外部から発生させたい周波数f8aを指定すると、分周
比計算手段8は、原発振器2の出力2aの周波数Fと周波
数f8aの関係から分周比N8bを計算し、分周器3の分周比
として設定を行う。そうすると分周器3の出力3aは周波
数がfの信号となる。そこでこの信号をA/D変換器4に
よってディジタル的な符号付の数値信号4aとする。A/D
変換器4によって何も処理をしないとすると、基本周波
数fの矩形波信号4aとなる。この矩形波信号4aの周波数
スペクトルは第2図(a)のようになる。また第2図
(a′)に示したような折点周波数がfで12dB/octの減
衰特性を持つような2次のローパス特性を持つディジタ
ルフィルタ手段5を通過させると、第2図(a),
(a′)の関係から基本周波数がfの正弦波ディジタル
信号5aが取り出される。このディジタル正弦波信号5a
は、D/A変換器6及び積分器7を通過されると、折り返
し周波数成分が除去された正しい信号7aを取り出す事が
できる。またディジタルフィルタ手段5の動作クロック
信号CLK3bは、分周器3の分周比に対して一定の比率
(第2図では1/8)で途中から取り出した信号を使用し
ている。そのためもし外部から指定する発振周波数を
f′8aを変化させても、第2図(b′)に示したように
それに応じてディジタルフィルタ手段の帯域特性が比例
的に変化して常に正しい周波数f′の信号7aを取り出す
事ができる。
発明の効果 以上本発明によれば低周波信号の発生を比較的高い周
波数Fを持つ原発振器とこれを所定の周波数fにディジ
タル的に分周比N(N=F/f)で分周する分周器及び分
周器の出力を上記ディジタル信号発生手段の出力信号の
基本周波数成分のみを取り出すような帯域濾波特性を持
つディジタルフィルタ手段を使用し、上記ディジタルフ
ィルタ手段の動作クロック信号を分周器の途中から一定
の比率で取り出した周波数がL×f(Lは2以上の整
数)の信号とし、基本周波数fとディジタルフィルタ手
段の濾波特性が連動して変化する構成とし、分周器の分
周比を変化させる事によって任意の周波数で行うもので
ある。上記の構成をとることによって、非常に低い周波
数での物理現象としての騒音振動の解析や医学上の生体
実験を行う場合において、擬似的な低周波信号発生器
を、簡単な構成で低価格かつ高精度に提供するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による低周波信号発生器の一実施例の構
成を示す図、第2図は本発明におけるディジタル信号発
生手段の出力が正負対称な基本周波数fの矩形波で、か
つディジタルフィルタ手段の帯域特性が折点fで12dB/o
ctの減衰特性の伝達特性を持つ場合の周波数スペクトル
及び基本周波数が2倍(2*f)の場合の周波数スペク
トルの変化の関係を表わす図である。 1……ディジタル信号発生手段、2……原発振器、3…
…分周器、4……A/D変換器、5……ディジタルフィル
タ手段、6……D/A変換器、7……積分器、8……分周
比計算手段。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03L 7/00 H03B 1/00 - 29/00 H03G 5/00 - 11/08 H03F 3/00 - 3/195 H03H 15/00 - 21/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周波数Fの信号を発生する原発振器と、上
    記原発振器の出力周波数を1/N(Nは2以上の整数)に
    分周可能な段数を有し、段間より中間タップ出力を取出
    し可能な分周器と、上記分周器の出力を入力信号とする
    ディジタルフィルタとで構成され、上記ディジタルフィ
    ルタの動作クロック信号を上記分周器の中間タップ出力
    より供給し、上記分周器の分周比Nを可変であり、かつ
    中間タップ出力と出力周波数の比が一定とすることによ
    り、上記ディジタルフィルタの入力信号の周波数の変化
    に連動して動作クロックの周波数が変化し、周波数F/N
    の基本波成分を濾波出力することを特徴とする低周波信
    号発生器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180010305A (ko) * 2015-06-08 2018-01-30 생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션 내고압성 필터

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KR20180010305A (ko) * 2015-06-08 2018-01-30 생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 코포레이션 내고압성 필터

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