JP6172726B1 - Numerically controlled waveform generator and digital synchronous detector - Google Patents

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

【課題】簡易な構成でスプリアスの発生を効果的に抑圧する数値制御波形発生器及びデジタル同期検波器を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御波形発生器1は、基本波を表す各数値を含む数表11を用いて所定の波形を発生させる数値制御波形発生器1において、前記基本波の波形の1周期、当該基本波に振幅軸と時間軸とのうち少なくとも一方に対して対称性がある場合には当該基本の1/2周期、又は当該基本波に振幅軸及び時間軸の夫々に対して対称性がある場合には1/4周期を予め設定されたP個(Pは、1以上の整数値)の素数で、均等分割したときにおける、各時刻(各タイミング)での各振幅値を、前記各数値として含む数表11と、所定の読み出し方を変える制御を実行することで、当該基本波の整数倍周波数の波形を1以上発生させる読み出し制御部12と、を備える。【選択図】図4A numerically controlled waveform generator and a digital synchronous detector capable of effectively suppressing spurious generation with a simple configuration. A numerically controlled waveform generator 1 according to the present invention is a numerically controlled waveform generator 1 for generating a predetermined waveform using a numerical table 11 including numerical values representing a fundamental wave. If the period and the fundamental wave are symmetrical with respect to at least one of the amplitude axis and the time axis, the fundamental half cycle or the fundamental wave is symmetrical with respect to the amplitude axis and the time axis, respectively. In the case where there is a characteristic, each amplitude value at each time (each timing) when equally dividing the P period (P is an integer value equal to or greater than 1) prime numbers with a quarter period, The numerical table 11 included as each numerical value, and a read control unit 12 that generates one or more waveforms having an integral multiple of the fundamental wave by executing control to change a predetermined reading method. [Selection] Figure 4

Description

本発明は、数値制御波形発生器(以下、「NCWG」と呼ぶ)に関し、特に、送受信信号を離散的数値のデジタル信号で扱う同期検波器(以下、「デジタル同期検波器」と呼ぶ)の、数値的局部発振器(以下、「NLO」と呼ぶ)として用いるNCWG及びデジタル同期検波器に関する。   The present invention relates to a numerically controlled waveform generator (hereinafter referred to as “NCWG”), in particular, a synchronous detector (hereinafter referred to as “digital synchronous detector”) that handles a transmission / reception signal with a discrete numerical digital signal, The present invention relates to an NCWG and a digital synchronous detector used as a numerical local oscillator (hereinafter referred to as “NLO”).

デジタル同期検波機では、数値的周波数変換器(以下、「数値ミキサー」と呼ぶ)のNLOに用いられるNCWGの信号のスプリアスが、イメージ妨害や微小な信号を検波する場合に信号検知レベルの下限を決める重要な要素となっている。
従来より、NCWGとしては、数値的な帰還による数値的な発振回路によって正弦波や、それに直交する余弦波を同時に生成したりするもの(以下、「NCO」と呼ぶ)(例えば特許文献1参照)や、基本波の波形を数表(ルックアップテーブル)として作成しておき、生成する周波数に応じて読み出し方を変えるものがある(例えば特許文献2参照)。
In digital synchronous detectors, when the spurious signal of NCWG used for NLO of a numerical frequency converter (hereinafter referred to as “numerical mixer”) detects image interference and minute signals, the lower limit of the signal detection level is set. It is an important factor to decide.
Conventionally, as NCWG, a sine wave or a cosine wave orthogonal thereto is generated simultaneously by a numerical oscillation circuit by numerical feedback (hereinafter referred to as “NCO”) (see, for example, Patent Document 1). In addition, there is a method in which the waveform of the fundamental wave is created as a numerical table (lookup table), and the reading method is changed according to the frequency to be generated (for example, see Patent Document 2).

特許文献1に記載のNCOでは、誤差の蓄積や安定度の点から、出力として必要とする以上の数値分解能が必要である。このため、NCOでは、発生させる周波数によりスプリアスの発生具合が変動する。よって、NCOは、簡易なデジタル通信などには適しているものの、微小な受信信号の変化を検知するような目的(以下、「微弱信号検知」と呼ぶ)には余り適していない。
一方、特許文献2に記載のNCWGでは、出力として必要とするビット数が決まれば、全ての発生させうる信号について数表により一意に定まるため、スプリアスの予測が可能で微弱信号検知に適している。
The NCO described in Patent Document 1 requires a numerical resolution higher than that required for output from the viewpoint of error accumulation and stability. For this reason, in the NCO, spurious generation varies depending on the frequency to be generated. Therefore, the NCO is suitable for simple digital communication or the like, but is not very suitable for the purpose of detecting a minute change in a received signal (hereinafter referred to as “weak signal detection”).
On the other hand, in the NCWG described in Patent Document 2, if the number of bits required as an output is determined, all the signals that can be generated are uniquely determined by a numerical table. Therefore, spurious can be predicted and suitable for weak signal detection. .

特開平9−135364号公報JP-A-9-135364 特開2000−252750号公報JP 2000-252750 A

しかしながら、NCWGにより単一、又は複数の周波数の信号を発生させる場合、単一の正弦波、又は複数の正弦波を適当な位相と振幅で加算した波形を生成しようとしても、量子化誤差のために目的の周波数以外の信号、即ちスプリアスが発生すること自体を避けることはできない。
この量子化誤差に起因するスプリアスを低減するには、一義的には量子化ビット数を増やし、又は併せてサンプリングレートを増大させる必要があるが、どちらも物理的な制約を受ける。
However, when a single or multiple frequency signal is generated by NCWG, even if an attempt is made to generate a single sine wave or a waveform obtained by adding a plurality of sine waves with appropriate phase and amplitude, due to quantization errors. It is impossible to avoid the occurrence of signals other than the target frequency, that is, spurious.
In order to reduce the spurious attributed to this quantization error, it is necessary to increase the number of quantization bits uniquely or to increase the sampling rate at the same time, both of which are physically limited.

ここで、NCWGにより発生させる波形が、上記の正弦波のように一周期の間に絶対値が同じ振幅値を周期的に通る波形において、基本波の数表を用いてその整数倍周波数の波形を生成する場合に、生成する波形の基本波に対する倍数と数表の波形分割数が小さな整数比(以下単に、「小さな整数比」と略す)になるときは、量子化誤差が基本波の整数倍の頻度で周期発生することになる。   Here, the waveform generated by the NCWG is a waveform having an integer multiple frequency using a basic wave number table in a waveform that periodically passes through the same amplitude value during one cycle, such as the sine wave described above. If the multiple of the generated waveform with respect to the fundamental wave and the number of waveform divisions in the number table have a small integer ratio (hereinafter simply referred to as “small integer ratio”), the quantization error is an integer of the fundamental wave. The cycle will occur twice as often.

量子化誤差の説明のための簡素な例について、図1乃至図3に示す。
図1は、NCWGの基本波と、その拡大した量子化誤差を示すタイミングチャートである。
A simple example for explaining the quantization error is shown in FIGS.
FIG. 1 is a timing chart showing an NCWG fundamental wave and its enlarged quantization error.

図2は、図1に示した波形分割数N=256、フルスケールFS=±4095である13ビット×256ワードの正弦基本波の数表を持つ従来のNCWGの、生成する波形の基本波に対する倍数で表した周波数(以下、「freq」と略す)がfreq=8での量子化誤差を示すタイミングチャートである。
図3は、当該量子化誤差に起因するスプリアスの実例を示すタイミングチャートである。
FIG. 2 is a diagram illustrating the fundamental wave of the waveform generated by the conventional NCWG having a sine fundamental wave number table of 13 bits × 256 words with the waveform division number N = 256 and the full scale FS = ± 4095 shown in FIG. 6 is a timing chart showing a quantization error when a frequency expressed in multiples (hereinafter abbreviated as “freq”) is freq = 8.
FIG. 3 is a timing chart showing an example of spurious due to the quantization error.

図2及び図3の従来のNCWGはいずれも、freq=8でNの256に対して1:32の「小さな整数比」になっている場合の例である。
図2では「小さな整数比」になっているため、量子化誤差に顕著な周期性が発生しているのが見て取れ、この状態では、特定の周波数で大きなスプリアスを発生する事となる。
Each of the conventional NCWGs in FIGS. 2 and 3 is an example in which freq = 8 and “small integer ratio” of 1:32 with respect to 256 of N.
In FIG. 2, since it is a “small integer ratio”, it can be seen that a significant periodicity is generated in the quantization error, and in this state, a large spurious is generated at a specific frequency.

図3の従来のNCWGでは量子化誤差の顕著な周期性による、特定の周波数における大きなスプリアスが見て取れる。
この状態でのスプリアスの最大値は−85.516dBで、そうでない場合であるNCWG−Pの−92.055dBに比べ6.539dB大きく、4dB以上、言い換えれば電力比で倍以上悪くなっている。
In the conventional NCWG of FIG. 3, a large spurious at a specific frequency can be seen due to the remarkable periodicity of the quantization error.
The maximum value of spurious in this state is −85.516 dB, which is 6.539 dB larger than that of NCWG-P, which is not the case, and is 4539 or more, in other words, more than double the power ratio.

デジタル同期検波器において、NLOの波形が、図3に示すような特定の周波数において大きなスプリアスが発生する図2のような波形となった場合、その特定の周波数に雑音や妨害波があった場合には数値ミキサーの後の検波波形に妨害となって現れ、これは正規の受信信号と区別することができないため、この妨害を検波後に除去することは出来ない。
このような状況では、検波器の性能が大きく劣化することとなる。
In the digital synchronous detector, when the waveform of NLO becomes a waveform as shown in FIG. 2 where a large spurious is generated at a specific frequency as shown in FIG. 3, there is a noise or an interference wave at the specific frequency. Appears as a disturbance in the detection waveform after the numerical mixer, which cannot be distinguished from the normal received signal, so this disturbance cannot be removed after detection.
In such a situation, the performance of the detector is greatly degraded.

図3の従来のNCWGの場合では、スプリアスの最大値が、13ビットの数表のダイナミックレンジによる基準値−20log(2^13−1)≒−78.3dBに対して−85.5dBであり、基準値の−7.2dBに留まってしまっているのが分かる。
図2に例を示したような、特に、半導体メモリーの容量や読み出しのためのカウンターの都合上頻繁に用いられる、2のべき乗を波形分割数としたNCWGでは、この周期的誤差によるスプリアスの発生が顕著であり、性能の潜在的な弱点となっている。
In the case of the conventional NCWG of FIG. 3, the maximum value of spurious is -85.5 dB with respect to the reference value -20 log (2 ^ 13-1) ≈-78.3 dB according to the dynamic range of the 13-bit number table. It can be seen that the reference value remains at -7.2 dB.
As shown in FIG. 2, especially in the case of NCWG that uses the power of 2 as the number of waveform divisions, which is frequently used for the capacity of the semiconductor memory and the counter for reading, spurious due to this periodic error is generated. Is a significant weakness in performance.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、簡易な構成でスプリアスの発生を効果的に抑圧する数値制御波形発生器及びデジタル同期検波器を提供することを、目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a numerically controlled waveform generator and a digital synchronous detector that can effectively suppress spurious generation with a simple configuration.

本発明者は、発明が解決しようとする課題に述べたスプリアスが、数表のから生成する波形の量子化誤差の周期性に起因することに鑑み、数表の波形分割数が生成する波形の周期の小さな整数比とならない値にすれば、特定の周波数におけるスプリアスの発生が抑圧されることを見出し、本発明を完成するに至った。
特に数表の波形分割数を素数とした場合には、数表の基本波形自体に含まれる周期性以外には周期性を持たなくなるため、周期性に起因するスプリアスの発生が効果的に抑圧できる。
In view of the fact that the spurious described in the problem to be solved by the invention is due to the periodicity of the quantization error of the waveform generated from the numerical table, the inventor of the waveform generated by the number of waveform divisions of the numerical table It was found that the spurious generation at a specific frequency can be suppressed by setting the value to a value that does not become a small integer ratio of the period, and the present invention has been completed.
In particular, when the number of waveform divisions in the numerical table is a prime number, since there is no periodicity other than the periodicity included in the basic waveform itself of the numerical table, the occurrence of spurious due to the periodicity can be effectively suppressed. .

正弦波・余弦波のような振幅軸・時間軸に対して1/2周期、又は1/4周期の対称性がある波形では、波形分割数を素数とした1/2周期、又は1/4周期の数表としてもよい。   In a waveform having symmetry of 1/2 period or 1/4 period with respect to the amplitude axis / time axis such as a sine wave or cosine wave, 1/2 period or 1/4 with the waveform division number as a prime number. It is good also as a number table of a period.

(1)本発明の数値制御波形発生器は、基本波を表す各数値を含む数表を用いて所定の波形を発生させる数値制御波形発生器において、
前記基本波の波形の1周期、当該基本波に振幅軸と時間軸とのうち少なくとも一方に対して対称性がある場合には当該基本の1/2周期、又は当該基本波に振幅軸及び時間軸の夫々に対して対称性がある場合には1/4周期を予め設定されたP個(Pは、1以上の整数値)の素数で、均等分割したときにおける、各時刻(各タイミング)での各振幅値を、前記各数値として含む数表と、所定の読み出し方を変える制御を実行することで、当該基本波の整数倍の波形を1以上発生させる読み出し制御部と、を備える。
(1) A numerically controlled waveform generator according to the present invention is a numerically controlled waveform generator that generates a predetermined waveform using a numerical table that includes numerical values representing fundamental waves.
If the fundamental wave is symmetrical with respect to at least one of the amplitude axis and time axis of the fundamental wave, the fundamental half period, or the fundamental wave has an amplitude axis and time When there is symmetry with respect to each of the axes, each period (each timing) when the quarter period is equally divided by P prime numbers (P is an integer value of 1 or more) set in advance. And a readout control unit that generates one or more waveforms that are integral multiples of the fundamental wave by executing a control that changes a predetermined readout method.

(2)本発明の数値制御波形発生器は、更に前記数表は、前記基本波の波形の元となる波形(アナログ波形)が、直流分を含まない波形の場合には、当該波形を示す関数の零交差点がサンプリング点とならないように位相を調整して得た整数を、前記各数値として含む。
(3)本発明のデジタル同期検波器は、上述の本発明の数値制御波形発生器を数値局部発振器(NLO)として用いるデジタル同期検波器である。
(2) The numerically controlled waveform generator according to the present invention further shows that the numerical table shows the waveform when the waveform (analog waveform) that is the basis of the waveform of the fundamental wave does not include a direct current component. An integer obtained by adjusting the phase so that the zero crossing point of the function does not become a sampling point is included as each numerical value.
(3) The digital synchronous detector of the present invention is a digital synchronous detector that uses the numerically controlled waveform generator of the present invention described above as a numerical local oscillator (NLO).

本発明によれば、簡易な構成でスプリアスの発生を効果的に抑圧する数値制御波形発生器及びデジタル同期検波器を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a numerically controlled waveform generator and a digital synchronous detector that can effectively suppress spurious generation with a simple configuration.

従来のNCWGの基本波形と、量子化誤差を示す図である。It is a figure which shows the basic waveform and quantization error of the conventional NCWG. 従来のNCWGによる8倍周波数波形と、その量子化誤差を示す図である。It is a figure which shows the 8 time frequency waveform by the conventional NCWG, and its quantization error. 2種類のNCWGの8倍周波数波での量子化誤差に起因するスプリアスの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spurious resulting from the quantization error in the 8 times frequency wave of two types of NCWG. 本発明に係るデジタル同期検波回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the digital synchronous detection circuit which concerns on this invention. 本発明に係るNCWGの基本波形と、その量子化誤差を示す図である。It is a figure which shows the basic waveform of NCWG which concerns on this invention, and its quantization error. 本発明に係るNCWGによる8倍周波数波形と、その量子化誤差を示す図である。It is a figure which shows the 8 time frequency waveform by NCWG which concerns on this invention, and its quantization error. 2種類のNCWGの基本波での量子化誤差に起因するスプリアスの実例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spurious resulting from the quantization error in the fundamental wave of two types of NCWG. 2種類のNCWGの1〜999倍周波数波での量子化誤差に起因するスプリアスの最大値を示す図である。It is a figure which shows the maximum value of the spurious resulting from the quantization error in the 1-999 times frequency wave of two types of NCWG.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図4は、本発明が適用されるFPGA、CPLD、DSP、マイクロプロセッサ及びメモリー等のデジタル信号処理回路によって構成されるデジタル同期検波器1と、D/A変換器50、A/D変換器80、入出力アンプ60、70によって構成されるデジタル同期検波回路のブロック図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 shows a digital synchronous detector 1 comprising a digital signal processing circuit such as an FPGA, CPLD, DSP, microprocessor and memory to which the present invention is applied, a D / A converter 50, and an A / D converter 80. 2 is a block diagram of a digital synchronous detection circuit constituted by input / output amplifiers 60 and 70. FIG.

図4に示すデジタル同期検波器1は、NCWG10と、数値ミキサー20と、デジタル信号処理部30とを含み、D/A変換器50と、A/D変換器80とに接続されている。
ここで、NCWG10は更に、基本波の数表(素数分割)11と、読み出し制御部12とを含んでいる。
The digital synchronous detector 1 shown in FIG. 4 includes an NCWG 10, a numerical mixer 20, and a digital signal processing unit 30, and is connected to a D / A converter 50 and an A / D converter 80.
Here, the NCWG 10 further includes a fundamental wave number table (prime number division) 11 and a read control unit 12.

また、D/A変換器50は、送信アンプ60と接続されており、A/D変換器80は、受信アンプ70と接続されている。
本発明は、FPGA、CPLD、DSP、マイクロプロセッサ及びメモリー等のデジタル信号処理回路によって構成されるデジタル同期検波器又はデジタル同期周波数変換器において、発生波形の基本波の波形分割数を素数とし、正弦波・余弦波のような振幅軸・時間軸に対して1/2周期又は1/4周期の対称性がある波形では、基本波の1/2周期、又は1/4周期を素数P個に均等分割したときの各値を整数の数表として具備した数値的局部発振器及びデジタル同期検波器として実施される。
The D / A converter 50 is connected to the transmission amplifier 60, and the A / D converter 80 is connected to the reception amplifier 70.
The present invention relates to a digital synchronous detector or digital synchronous frequency converter composed of digital signal processing circuits such as an FPGA, CPLD, DSP, microprocessor, and memory. In the case of a waveform having symmetry of 1/2 period or 1/4 period with respect to the amplitude axis / time axis such as a wave / cosine wave, the 1/2 period or 1/4 period of the fundamental wave is set to P prime numbers. The present invention is implemented as a numerical local oscillator and a digital synchronous detector having each value when equally divided as an integer number table.

図中の四角で囲まれたデジタル同期検波器1が、本発明の実施形態の一つであり、数表に記憶される基本波形の波形分割数が素数であることを特徴とする。
NCWG10部は、数値制御波形発生器による数値的局部発振器であり、数表に記憶される基本周波数の整数倍の数値的信号Tと、同様に基本周波数の整数倍の1つ又は位相や倍数の異なる複数の数値的信号Rを生成する。
A digital synchronous detector 1 surrounded by a square in the figure is one of the embodiments of the present invention, and the number of waveform divisions of the basic waveform stored in the numerical table is a prime number.
The NCWG 10 unit is a numerical local oscillator by a numerically controlled waveform generator, which is a numerical signal T that is an integral multiple of the fundamental frequency stored in the numerical table, and one of the integral multiples of the fundamental frequency or the phase or multiple of the same. A plurality of different numerical signals R are generated.

数表に記憶される数値は、静的に、または外部の数値制御により動的に生成し、保存される。
A/D変換器80から入力される数値的受信信号に対して、NCWG10は数値ミキサー20とともに検波器又は周波数変換器として働く。
Numerical values stored in the numerical table are generated and stored statically or dynamically by external numerical control.
For the numerical reception signal input from the A / D converter 80, the NCWG 10 works as a detector or a frequency converter together with the numerical mixer 20.

即ち、NCWG10は、RがTと同じ信号に設定された場合には、デジタル同期検波器は単純なホモダインの同期検波器として働き、また、RがTと倍数の違う信号に設定された場合には、コヒーレント位相周波数変換器として働き、また、Rが正弦波及び余弦波のような直交する信号に設定された場合には、直交ベクトル同期検波器として働く。
また、NCWG10は、Rが複数の周波数の直交する信号に設定された時には、同時多周波の同期検波器として働く。
In other words, the NCWG 10 works when the R is set to the same signal as T, and the digital synchronous detector functions as a simple homodyne synchronous detector, and when R is set to a signal that is a multiple different from T. Acts as a coherent phase frequency converter, and acts as an orthogonal vector synchronous detector when R is set to orthogonal signals such as sine and cosine waves.
The NCWG 10 functions as a simultaneous multi-frequency synchronous detector when R is set to a signal having a plurality of frequencies orthogonal to each other.

図1は、従来のNCWGの基本波形と、量子化誤差を示す図である。
図5は、本発明に係るNCWGの基本波形と、その量子化誤差を示す図であり、即ち波形分割数を素数とした例である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic waveform of a conventional NCWG and a quantization error.
FIG. 5 is a diagram showing the basic waveform of the NCWG and its quantization error according to the present invention, that is, an example in which the number of waveform divisions is a prime number.

図1及び図5は、横軸には時間を、縦軸には量子化振幅、及び拡大して示した量子化誤差を採るグラフで、各時間における値を両者重ねてプロットしたものである。
縦軸に量子化振幅を採った点列については、いずれも正弦波形の各時間における振幅に近い値を取っていることが分かる。
FIGS. 1 and 5 are graphs in which time is plotted on the horizontal axis, quantization amplitude is plotted on the vertical axis, and quantization error is shown in an enlarged manner, and values at each time are plotted in an overlapping manner.
It can be seen that all of the dot sequences having the quantized amplitude on the vertical axis take values close to the amplitude of the sine waveform at each time.

また縦軸に、量子化振幅の振幅との差である量子化誤差を拡大して示した採った点列については、いずれも顕著な周期性は見受けられないことが分かる。
なお、素数とは図5では具体的には251であるが、本発明に係る素数は251に限定されるものではなく、これは一例に過ぎない。
In addition, it can be seen that no significant periodicity is observed in the point sequence obtained by enlarging the quantization error, which is the difference from the amplitude of the quantization amplitude, on the vertical axis.
Although the prime number is specifically 251 in FIG. 5, the prime number according to the present invention is not limited to 251 and is merely an example.

この波形分割数N=251の正弦波の数表を持つNCWG(以下「NCWG−P」と略す)を示す。
なお、波形分割数が3以上の素数、即ち奇数個に分割すると、基本波の波形の元となる関数が直流分を含まないものであっても量子化誤差により量子化振幅が非対称となり、発生させる波形に本来無いはずの直流分が発生する場合がある。
An NCWG (hereinafter abbreviated as “NCWG-P”) having a sine wave number table with this waveform division number N = 251 is shown.
If the waveform division number is divided into prime numbers of 3 or more, that is, odd numbers, the quantization amplitude becomes asymmetric due to the quantization error even if the underlying function of the fundamental waveform does not include a DC component. In some cases, a direct current component that should not be present in the generated waveform may occur.

これについては、フルスケールの設定の調整により、発生させる全ての波形において無用な直流分が発生しないようにする必要がある。
その例として、前記NCWG−Pでは、波形分割数が251であるが、フルスケールを符号付き15ビット整数の最大値±4095とした場合には、発生させる信号により直流分の発生があるため、フルスケールを直流分が生じない±4094に調整している。
For this, it is necessary to prevent unnecessary DC components from being generated in all waveforms to be generated by adjusting the full scale setting.
As an example, in the NCWG-P, the number of waveform divisions is 251. However, when the full scale is set to the maximum value ± 4095 of a signed 15-bit integer, a DC component is generated depending on the signal to be generated. The full scale is adjusted to ± 4094 where no DC component occurs.

図2は、従来のNCWGによる8倍波形を上段に示し、拡大したその量子化誤差を下段に示した図である。
図6は、本発明に係るNCWG−Pによる8倍波形を上段に示し、拡大したその量子化誤差を下段に示した図である。
図6におけるNCWG−Pは、図2における従来のNCWGと同じfreq=8の設定であるが、NCWG−Pでは基本波の段階で波形分割数を素数としたことから、量子化誤差には従来のNCWGの様な顕著な周期性が、見られなくなっている。
FIG. 2 is a diagram showing an 8-fold waveform according to the conventional NCWG in the upper part and an enlarged quantization error in the lower part.
FIG. 6 is a diagram showing an 8-fold waveform by NCWG-P according to the present invention in the upper stage and an enlarged quantization error in the lower stage.
NCWG-P in FIG. 6 has the same setting of freq = 8 as in the conventional NCWG in FIG. 2, but in NCWG-P, since the number of waveform divisions is a prime number at the fundamental wave stage, there is no conventional quantization error. The remarkable periodicity like NCWG is no longer seen.

図7は、2種類のNCWGの基本波での量子化誤差に起因するスプリアスの実例を示す図である。
図3は、2種類のNCWGの8倍周波数波での量子化誤差に起因するスプリアスの実例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of spurious due to quantization error in two types of NCWG fundamental waves.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of spurious caused by a quantization error in two types of NCWG's 8-fold frequency wave.

図7及び図3は、横軸には周波数を、縦軸には正規化信号レベル[dB]を採るグラフで、各周波数における2つのNCWGの正規化信号レベルを重ねてプロットしたものである。
図7では、NCWG−Pの最大スプリアス−92.055は、従来のNCWGの最大スプリアスを比較的小幅ではあるが下回っていることが分かる。
7 and 3 are graphs in which the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents normalized signal level [dB], and the normalized signal levels of two NCWGs at each frequency are superimposed and plotted.
In FIG. 7, it can be seen that NCWG-P maximum spurious -92.05 is relatively small but below the maximum spurious of conventional NCWG.

図3では、NCWG−Pで発生するスプリアスは、8倍周波数波において、8周期毎でしか周期性を持たないことから特定の周波数にスプリアスが集中せず、従来のNCWGに比べ、6.5dB以上少なくなっている。
フルスケールを16ビットに拡張したものや、波形分割数が何万というものでも、スプリアスの発生機構は変わらないため、波形分割数Nを素数とした場合には、波形分割数が例えば2の冪や小さな素数の積のものに比べて、発生するスプリアスの最大値が小さくなっている。
In FIG. 3, the spurious generated in the NCWG-P has periodicity only in every 8 periods in the 8 times frequency wave, so that the spurious is not concentrated on a specific frequency, which is 6.5 dB compared to the conventional NCWG. More or less.
Even if the full scale is expanded to 16 bits or the number of waveform divisions is tens of thousands, the spurious generation mechanism does not change. Therefore, when the waveform division number N is a prime number, the number of waveform divisions is, for example, 2 Compared to the product of small prime numbers, the maximum value of spurious generated is smaller.

本発明に伴って行った多くのシミュレーション結果により、波形分割数が例えば2の冪や小さな素数の積のものに比べ、波形分割数を素数とすることにより、発生するスプリアスの最大値がおよそ6dB低減するという知見が得られている。
逆に波形分割数が、小さな数の積になっている場合では発生するスプリアスの最大値が酷く大きくなる場合がある。
According to the results of many simulations performed in accordance with the present invention, the maximum value of spurious generated is about 6 dB when the waveform division number is a prime number compared to the product of a power of 2 or a small prime number, for example. The knowledge that it reduces is obtained.
Conversely, when the number of waveform divisions is a product of a small number, the maximum value of spurious generated may become extremely large.

次に図8を用いて、本発明の実効性を説明する。
図8はフルスケールが16ビットの2種類のNCWGで基本波の周波数の倍数freqが1〜999の正弦波を生成した時に発生する各freqで発生するスプリアスの最大値をプロットしたものである。
図8中、波形分割数が18432=2^11×3^2のNCWG−Tでは、16ビットの数表のダイナミックレンジによる基準値−20log(2^16−1)約−96.3dBに対してスプリアスの最大値が−94.1dBであり、基準値よりも大きい+2.2dBあるのがわかる。
Next, the effectiveness of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a plot of the maximum value of spurious generated at each freq when a sine wave having a multiple of the fundamental frequency freq of 1 to 999 is generated by two types of NCWG having a full scale of 16 bits.
In FIG. 8, in NCWG-T where the number of waveform divisions is 18432 = 2 ^ 11 × 3 ^ 2, the reference value by the dynamic range of the 16-bit number table is −20 log (2 ^ 16-1) about −96.3 dB. It can be seen that the maximum value of spurious is -94.1 dB, which is +2.2 dB which is larger than the reference value.

一方、波形分割数を同程度の大きさの素数18427にしたNCWG−Qの例では、−120.74dBであり−20log(2^16−419)≒96.3dBの基準値に対してスプリアスの最大値が−24.5dBも低くなっていて、波形分割数を素数にすることによるスプリアス低減効果が如実にあらわれている。   On the other hand, in the example of NCWG-Q in which the number of waveform divisions is the same number of prime numbers 18427, it is −120.74 dB, and the spurious of the reference value of −20 log (2 ^ 16-419) ≈96.3 dB is obtained. The maximum value is as low as −24.5 dB, and the spurious reduction effect by making the waveform division number a prime number is clearly shown.

NCWGは分割数を夫々素数とした1/2周期、1/4周期の波形数表から、その対称性を利用して、正弦波形、余弦波形を生成することができる。
このような手法は、夫々直交ベクトル検波や差動検波に適用がある。
NCWG can generate a sine waveform and a cosine waveform from the waveform number table of ½ period and ¼ period, each of which is a prime number, using the symmetry.
Such a method has application to orthogonal vector detection and differential detection, respectively.

NCWGは、1/2周期、1/4周期の波形を素数分割した数表から、その対称性を利用して3つの異なる周波数の正弦波を同時に生成して1つの合成波形を生成することが出来る。
このような手法は、多チャネル同時検波や高調波検知等に適用がある。
NCWG can generate a single combined waveform by simultaneously generating sine waves of three different frequencies from the numerical table obtained by dividing the waveform of ½ period and ¼ period into prime numbers using the symmetry. I can do it.
Such a method is applied to multi-channel simultaneous detection, harmonic detection, and the like.

本発明では波形分割数が2の冪や小さな数の積であるような一般的NCWGの量子化ビット数を1ビット又はそれ以上増加させたのと同程度の効果が得られるため、メモリーや数値ミキサーに使われる乗算器などのハードウェアの制限の中で、同程度のハードウェア規模においてデジタル同期検波器の検知限界の性能を一段向上することができる。
また、発生させる信号によってスプリアスが大きく変動することがないため出力信号の信頼度が向上する。
In the present invention, an effect equivalent to that obtained by increasing the number of quantization bits of a general NCWG in which the number of waveform divisions is a product of a power of 2 or a small number is increased by 1 bit or more. In the limit of hardware such as a multiplier used in the mixer, the detection limit performance of the digital synchronous detector can be further improved with the same hardware scale.
Further, since the spurious signal does not fluctuate greatly depending on the signal to be generated, the reliability of the output signal is improved.

C・・・通信機
1・・・デジタル同期検波器
10・・・NCWG
11・・・基本波の数表(素数分割)
12・・・読み出し制御部
20・・・数値ミキサー
30・・・デジタル信号処理部
50・・・D/A変換器
60・・・送信アンプ
70・・・受信アンプ
80・・・A/D変換器
C ... Communicator 1 ... Digital synchronous detector 10 ... NCWG
11 ... Number table of fundamental wave (prime number division)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Read-out control part 20 ... Numerical mixer 30 ... Digital signal processing part 50 ... D / A converter 60 ... Transmission amplifier 70 ... Reception amplifier 80 ... A / D conversion vessel

Claims (3)

基本波を表す各数値を含む数表を用いて所定の波形を発生させる数値制御波形発生器において、
前記基本波の波形の1周期、
当該基本波に振幅軸と時間軸とのうち少なくとも一方に対して対称性がある場合には当該基本の1/2周期、
又は
当該基本波に振幅軸及び時間軸の夫々に対して対称性がある場合には1/4周期を、
予め設定されたP個(Pは、1以上の整数値)の素数で、均等分割したときにおける、各時刻での各振幅値を、前記各数値として含む数表と、
所定の読み出し方を変える制御を実行することで、当該基本波の整数倍周波数の波形を1以上発生させる読み出し制御部と、
を備える数値制御波形発生器。
In a numerically controlled waveform generator that generates a predetermined waveform using a numerical table that includes numerical values representing fundamental waves,
One period of the waveform of the fundamental wave,
When the fundamental wave has symmetry with respect to at least one of the amplitude axis and the time axis, the fundamental half period,
Alternatively, if the fundamental wave has symmetry with respect to each of the amplitude axis and the time axis, a quarter period is used.
A numerical table including each amplitude value at each time as the numerical value when P is a preset prime number (P is an integer value of 1 or more) and equally divided;
A read control unit that generates one or more waveforms having an integer multiple of the fundamental wave by executing control to change a predetermined reading method;
A numerically controlled waveform generator comprising:
前記数表は、
前記基本波の波形の元となる波形が、直流分を含まない波形の場合には、当該波形を示す関数の零交差点がサンプリング点とならないように位相を調整して得た整数を、前記各数値として含む、
請求項1に記載の数値制御波形発生器。
The numerical table is
When the waveform that is the basis of the waveform of the fundamental wave is a waveform that does not include a direct current component, an integer obtained by adjusting the phase so that the zero crossing point of the function indicating the waveform does not become a sampling point, Including as a number,
The numerically controlled waveform generator according to claim 1.
請求項1または2に記載の数値制御波形発生器を数値局部発振器として用いるデジタル同期検波器。   A digital synchronous detector using the numerically controlled waveform generator according to claim 1 or 2 as a numerical local oscillator.
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