JPH08163224A - Ｄｔｍｆ信号発生方法及びｄｔｍｆ信号発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】簡易な方法を用い、かつ、デジタルデータのま
ま処理することで、マイコン上のソフトウエアによる処
理を可能とし、小型かつ低価格のＤＴＭＦ信号発生装置
を提供する。 【構成】正弦波の波形データを予め書き込んだ正弦波デ
ータテーブル１と、発生すべきＤＴＭＦ信号を構成する
一組の高域群と低域群の周波数の位相位置に対応した正
弦波データテーブル１上の位置を生成するアドレス発生
手段２と、アドレス発生手段２により指定されたデジタ
ル値を、正弦波データテーブルより読み取るデータ読取
手段３と、データ読取手段３によって読み取られた高域
群と低域群のデジタル値の振幅を加算して、デジタル合
成データを出力するデータ合成手段４と、データ合成手
段４によって出力されたデジタル合成データをアナログ
信号に変換して、ＤＴＭＦ信号を出力するＤ／Ａ変換器
５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＤＴＭＦ信号処理に係
り、更に詳しくは、ＤＴＭＦ信号の発生方法及び発生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＴＭＦ信号とは、４つの低域群周波数
の内の１つと４つの高域群周波数の内の１つの２周波の
組合せにより生成される１６種類の信号であり、プッシ
ュホン回線では相手先の呼び出し番号を指定するための
ダイヤル信号として利用されている。ここで、低域群周
波数とは、６９７Ｈｚ、７７０Ｈｚ、８５２Ｈｚ及び９
４１Ｈｚの４つの周波数であり、高域群周波数とは、１
２０９Ｈｚ、１３３６Ｈｚ、１４７７Ｈｚ及び１６３３
Ｈｚの４つの周波数である。

【０００３】図８に、従来のＤＴＭＦ信号発生装置の構
成のブロック図を示す。このＤＴＭＦ信号発生装置はカ
ウンタ８０Ｈ、８０Ｌ、正弦波発生器８１Ｈ、８１Ｌ、
Ｄ／Ａ変換器８２Ｈ、８２Ｌ、アナログ加算器８３で構
成される。このＤＴＭＦ信号発生装置は、カウンタは発
振器から入力されたクロック信号を、高域群、低域群に
ついて指定された周波数に応じてそれぞれカウントし、
正弦波発生器は正弦波テーブルを含んでおり、カウンタ
の出力に基づいて、周波数に応じてデジタルデータを読
み取る。このデジタルデータは、Ｄ／Ａ変換器でアナロ
グ信号に変換されアナログ正弦波信号が生成される。高
域群及び低域群のそれぞれについて生成されたアナログ
正弦波信号は、アナログ加算器で合成されてＤＴＭＦ信
号が生成される。

【０００４】Ｄ／Ａ変換器に入力されるデジタル信号の
情報は、時間軸上で離散化され、各離散化位置における
信号の振幅を量子化した２進数データとして表されてい
る。即ち、正弦波信号の振幅が電圧及び時間により離散
化し、数値として表現されているため、Ｄ／Ａ変換器
は、これをアナログ信号に変換してＤＴＭＦ信号として
出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の通り、従来のＤ
ＴＭＦ信号発生装置おいては、２つの周波数の正弦波信
号をアナログ信号として生成し、これを合成してＤＴＭ
Ｆ信号を生成していた。即ち、正弦波生成にはデジタル
データのテーブルを使用しているが、これにより高域群
及び低域群のアナログ正弦波信号をそれぞれ別個に生成
した後に、アナログ加算器で合成していたため、同一の
構成の正弦波発生器及びＤ／Ａ変換器が２系統必要とな
り、また、アナログ加算器が必要となる。従って、部品
点数が多くなり、高価となる。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、生成した高域群及び低域群の正弦波信号をデジタ
ルデータのままで合成演算を行い、この処理結果をＤ／
Ａ変換器でアナログ信号に変換して、ＤＴＭＦ信号を生
成する。従って、ハードウエアの部品点数が減少し、小
型化、低価格化が実現できる。さらに、簡易な方法を用
い、かつ、デジタルデータのまま処理することで、マイ
コン上のソフトウエアによる処理を可能とし、小型かつ
低価格のＤＴＭＦ信号発生装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決のするための手段】請求項１及び２に記載
した本発明によるＤＴＭＦ信号発生装置は、所定の時間
間隔でサンプリングされ、デジタル変換された正弦波の
データを予め書き込んだ正弦波データテーブルと、発生
すべきＤＴＭＦ信号を構成する一組の高域群と低域群の
周波数に対応した位相位置のデジタル値を、上記正弦波
データテーブルより読み取るデータ読取手段と、このデ
ータ読取手段によって読み取られた高域群と低域群のデ
ジタル値の振幅を加算して、デジタル合成データを出力
するデータ合成手段と、このデータ合成手段によって出
力されたデジタル合成データをアナログ信号に変換し
て、ＤＴＭＦ信号を出力するＤ／Ａ変換器とで構成され
る。

【０００８】請求項３に記載した本発明によるＤＴＭＦ
信号発生装置は、上記のＤ／Ａ変換器が、上記のデータ
合成手段から出力されるデジタル合成データを構成する
ビット信号に重みを持たせた抵抗ラダー回路を含んで構
成された請求項２に記載のＤＴＭＦ信号発生装置。

【０００９】

【作用】請求項１、２及び３に記載した本発明によるＤ
ＴＭＦ信号発生装置は、データ読取手段が、正弦波デー
タを格納してある正弦波データテーブルから、アドレス
演算手段の出力するアドレスにしたがって、波形データ
を読み取ることにより、高域群及び低域群のそれぞれか
ら指定された周波数の２つのデジタル正弦波信号が生成
される。デジタル合成手段は、これらのデジタル正弦波
データの振幅を加算して、デジタル合成波信号を生成し
た後に、Ｄ／Ａ変換器がこれをアナログ信号に変換し
て、ＤＴＭＦ信号を生成する。

【００１０】

【実施例】請求項１及び２に記載した本発明によるＤＴ
ＭＦ信号発生装置の一構成例のブロック図を図１に示
す。このＤＴＭＦ信号発生装置は、正弦波データテーブ
ル１、アドレス演算手段２、データ読取手段３、デジタ
ルデータ合成手段４及びＤ／Ａ変換器５で構成される。

【００１１】正弦波データテーブル１は、正弦波の波形
データを格納しておくデータテーブルであり、正弦波の
１周期を時間軸上で離散化したときの各振幅値がデジタ
ルデータとして格納されている。アドレス演算手段２
は、指定された周波数の正弦波データをデータテーブル
１から読み出すため、単位処理時間毎に前記テーブル１
に与えるアドレスを算出するブロックである。

【００１２】データ読取手段３は、単位処理時間経過毎
に、テーブル１からアドレス演算手段２の出力するアド
レスにしたがって、波形データを読み取るブロックであ
る。デジタルデータ合成手段４は、上記のデータテーブ
ル１、アドレス演算手段２及びデータ読取手段３により
生成された２つの正弦波を合成するブロックである。上
記２つの正弦波信号は、一方の周波数がＤＴＭＦ信号の
高域群周波数の１つであり、他方の周波数が低域群周波
数の１つである、デジタルデータである。

【００１３】Ｄ／Ａ変換器５は、合成手段４によりデジ
タルデータとして生成されたＤＴＭＦ信号をアナログ信
号に変換するブロックである。以下、これらの構成及び
動作について詳細に説明する。正弦波データテーブル１
は、メモリ上に作成される、正弦波の波形データを格納
しておくデータテーブルであり、正弦波の１周期を時間
軸上で離散化したときの各振幅値が量子化され、デジタ
ルデータとして格納されている。即ち、ｓｉｎ（ω）関
数の変数ωを０から２πまでの間で離散化し、この各ω
を用いて計算された値を予め格納してある。

【００１４】正弦波データテーブル１の算出式の一例を
次式に示す。 １２８＋１２７×ｓｉｎ（２π×ｎ／２５６） （１） この場合、ｎは０〜２５５の各値である。従って、この
正弦波データテーブル１は１バイトのデータ２５６個で
構成され、各データは正弦波の１周期を時間軸上で２５
６分割したときの各振幅値が１バイトのデータとして算
出される。なお、全てのデータを正の値とするため１２
８のオフセット値が加えられている。図２に式（１）を
用いて作成された正弦波データテーブル１を示す。図中
のｎは、計算に使った引数であり、実際には結果のみが
メモリ上に格納される。

【００１５】このテーブルを使用することにより、正弦
波の波形データの演算には乗除算が含まれなくなり、簡
単なハードウエアで高速に正弦波の波形データの生成が
可能となる。特に、乗除算命令を持たない、或は、実行
サイクルのきわめて大きい乗除算命令を持つ一般の８ビ
ットマイコンでも十分に実時間内での実行が可能とな
る。

【００１６】アドレス演算手段２は、正弦波データの読
み出しのため、単位処理時間毎に前記テーブル１に与え
るアドレスを算出するブロックであり、周波数ごとに定
められたアドレスの増加分を単位処理時間毎に累積加算
した値と、テーブルの先頭を指すアドレス値とを加算し
て、必要とされるアドレスを生成する。ここで、単位処
理時間とは、出力すべきＤＴＭＦ信号が時間軸上で離散
化された１つの値が処理される時間であり、Ｄ／Ａ変換
器に入力されるデジタルデータが同一の値を保持する時
間である。ＤＴＭＦ信号を構成する最も高い周波数は１
６３３Ｈｚであるため、ＤＴＭＦ信号を精度よく生成す
るには実際上、この周期の１／２０程度以下の期間、即
ち、約３０μＳ以下の期間を単位処理時間とすることが
望ましい。

【００１７】図３にアドレス演算手段の構成の一例を示
す。このアドレス演算手段は、生成すべき周波数の角速
度ωに対応するアドレス増加分を格納するレジスタ２
ａ、加算器２ｂ、アドレス積算用レジスタ２ｃ、整数取
り出し部２ｄ及びテーブル先頭アドレス加算器２ｅによ
り構成される。アドレス積算用レジスタ２ｃの初期値は
０であり、レジスタ２ａに格納されたアドレス増加分Ｓ
Ａが単位処理時間毎に累積的に加算されていく。その一
方、アドレス積算用レジスタ２ｃの値は整数部取り出し
部２ｄにより整数部のみが読み出され、この整数値とテ
ーブル先頭アドレスとが加算器２ｅにより加算され、そ
の結果がテーブル１のアドレスとして出力される。即
ち、アドレス増加分ＳＡは、発生すべき正弦波の単位処
理時間あたりの位相進み△ωに対応し、アドレス積算用
レジスタ２ｃの値は、そのときの発生すべき正弦波の位
相位置ωに対応する。

【００１８】ここで、このアドレス演算手段の出力は、
データテーブル１へのアドレスであり整数値として与え
られる必要があるが、アドレス増加分ＳＡまでもが整数
値であると、累積加算により時間軸方向に位相の量子化
誤差が累積されて、やがて周波数誤差となって表れる。
これを防止するため、ここでは、アドレス増加分ＳＡは
固定小数点で表現される値とし、加算器２ｂ及びアドレ
ス積算用レジスタ２ｃも固定小数点に対応したものと
し、かつ、アドレス積算用レジスタ２ｃの値は整数部取
り出し部２ｄにより整数部のみを取り出して加算器２ｅ
に入力されるものとする。

【００１９】次に、上記のアドレス演算に使用するアド
レス増加分ＳＡを求める方法を以下に示す。生成すべき
正弦波の周波数をｆとすると、その周期ｐは、 ｐ＝１／ｆ （２） で与えられため、生成すべき正弦波の１周期の分割数Ｗ
Ｓは単位処理時間ｔＱを用いて ＷＳ＝ｐ／ｔＱ （３） と表せる。従って、生成すべき正弦波の周波数ｆに対応
する単位処理時間毎のアドレスの増加分ＳＡは、テーブ
ルのデータ数ＭＳを用いて ＳＡ＝ＭＳ／ＷＳ （４） と求められる。以上の式（２）〜（４）をまとめると ＳＡ＝ＭＳ×ｔＱ×ｆ （５） となる。例えば、周波数１６３３Ｈｚの正弦波を生成す
る場合、単位処理時間を１０μＳ、テーブルのデータ数
を２５６とすれば、アドレス増加分ＳＡは、 ＳＡ＝２５６×１０μＳ×１６３３Ｈｚ＝４．１８０ （６） となる。

【００２０】データ読取手段３は、単位処理時間毎に、
テーブル１からアドレス演算手段２が出力するアドレス
にしたがって、波形データを読み取る。この読み取りの
様子を図４に示す。ここでは、図２に示したテーブルを
用い、前記式（６）と同様、生成すべき正弦波の周波数
を１６３３Ｈｚ、単位処理時間を１０μＳ、テーブルの
データ数を２５６とする。

【００２１】この場合、処理回数が６２回目に入ると、
アドレス積算用レジスタの整数部の値が２５５を越えて
テーブルのサイズを越えてしまうが、整数処理部は８ビ
ットのみを処理する構成とすることで、整数部のオーバ
ーフロー分は消えて残差のみがテーブルの最初に折り返
される。このようにして、累積誤差が生じるのを低減で
きる。

【００２２】デジタルデータ合成手段４は、前記のデー
タテーブル１、アドレス演算手段２及びデータ読取手段
３により生成された２つの正弦波を合成する。これらの
合成される正弦波の周波数は、ＤＴＭＦ信号用の高域群
周波数の１つと低域群周波数の１つであり、デジタルデ
ータとして生成されている。この合成手段４は、「波の
重ねの原理」を利用し、２つの周波数の異なる信号を、
時間軸上の各離散化位置毎に、そのときの両信号の振幅
を加算することにより合成する。従って、前記のように
デジタルデータにオフセットが含まれている場合は、こ
れを考慮した算術和を行う。

【００２３】ここで、８ビットマイコンで高速演算を可
能とするには、演算結果が８ビットを越えないように、
予めテーブル１に格納するデータを７ビット、即ち、０
〜１２７の値としておくことが望ましい。図２に示した
テーブルと同様にして、各データが７ビットとなるよう
に作成した正弦波データテーブル１を図５に示す。Ｄ／
Ａ変換器５は、合成手段４の出力するデジタル信号をア
ナログ信号に変換する。このＤ／Ａ変換器５は、一般的
なＤ／Ａコンバータｃｈｉｐで構成されるか、又は、パ
ルス幅変調器（ＰＷＭ）若しくは抵抗ラダー回路とロー
パスフィルタとの組合せ等により構成できる。

【００２４】以上に示したＤＴＭＦ信号発生装置の動作
の全体、即ち、高域群及び低域群周波数のそれぞれにつ
いてアドレス演算手段２の出力アドレス及びデータ読出
手段３の読出データと、これらの読出データからデジタ
ル合成データが求められる様子を図６にまとめて示す。
この図は、正弦波データテーブル１としては、図５のデ
ータを使用し、単位処理時間として１０μＳとし、高域
群周波数として１３３６Ｈｚ、低域群周波数として６９
７Ｈｚを指定した場合である。従って、式（５）より高
域群のアドレス増加値は３．４２０となり、低域群のア
ドレス増加値は１．７８４となる。図中の低群又は高群
位置とはそれぞれ低域群用又は高域群用のアドレス積算
用レジスタ２ｃの値であり、低群又は高群整数部とは、
レジスタ２ｃの値の整数部、即ち、整数取り出し部２ｄ
の出力であり、低群又は高群アドレスとはテーブル先頭
アドレスを８１９２としたときのアドレス演算手段２の
出力アドレスであり、低群又は高群結果とは、データ読
出手段３の読出データであり、合成結果とは、合成手段
４の出力合成データである。

【００２５】前記のデータテーブル１、アドレス演算手
段２、データ読取手段３、デジタルデータ合成手段４は
全てデジタルデータとして信号を処理しているため、１
チップマイコンによるソフトウエア処理により実現する
ことができ、また、上記の従来例のように２つのＤ／Ａ
変換器５を備える必要はない。また、これらの処理は乗
除算が含まれない簡易な方法であるため、安価な汎用８
ビットマイコンでも２つの正弦波データの生成及び合成
を単位処理時間内に実行可能であり、上記の従来例のよ
うに２系統の正弦波生成手段、即ち、データテーブル
１、アドレス演算手段２及びデータ読取手段３を備える
必要がない。

【００２６】請求項３に記載した本発明によるＤＴＭＦ
信号発生装置の構成例を図７に示す。このＤＴＭＦ信号
発生装置は、上記デジタル合成データを生成する手段と
してのマイコン６と、いわゆる抵抗ラダー回路形式のＤ
／Ａ変換回路５ａにより構成される。正弦波データテー
ブル１は、マイコンに内蔵された又はマイコンに接続さ
れたＲＯＭ又はＲＡＭ上に格納され、アドレス演算手段
２及びデータ読取手段３はマイコン内のＣＰＵ等の演算
手段及び制御手段によって実現される。

【００２７】抵抗ラダー回路形式のＤ／Ａ変換回路は、
抵抗を組み合わせて構成される一般的なＲ−２Ｒ抵抗ラ
ダー回路で構成で実現され、マイコンの出力ポートＰ０
〜Ｐ５に接続される。抵抗ラダー回路を構成する抵抗の
誤差が５％程度で有れば、実際の使用上は６ビットで十
分でだからである。上記マイコンの出力ポートＰ０〜Ｐ
５からは、上記のデジタル合成データが出力される。抵
抗ラダー回路は、このデジタルデータの各ビット信号に
２のｎ乗の重みを持たせて加算してえられる値をその電
圧値又は電流値とするアナログ信号に変換する。このＤ
／Ａ変換器のアナログ出力信号は離散化及び量子化によ
る誤差を含む階段状の波形であるため、必要な場合、こ
のＤ／Ａ変換器の出力はローパスフィルタにより高周波
成分が除去される。但し、離散化及び量子化を十分に細
かく行えば、ローパスフィルタがないＤＴＭＦ信号発生
装置であっても、現実の使用上は問題とならない。

【００２８】前述のようにＤ／Ａ変換器には、一般的な
Ｄ／Ａコンバータｃｈｉｐ、又は、ＰＷＭ回路とローパ
スフィルタとの組合せによっても構成できる。しかし、
汎用Ｄ／Ａコンバータｃｈｉｐを使用すると装置全体の
コストアップとなる。また、Ｄ／Ａコンバータ又はＰＷ
Ｍを内蔵したマイコンを使用すると小型化できるが、Ｄ
／Ａコンバータを内蔵したマイコンは高価であり、ＰＷ
Ｍを内蔵したマイコンを使用する場合、ローパスフィル
タの構成を簡単にするには周波数の高いものが必要とな
り高価となる。

【００２９】

【効果】請求項１に記載した本発明によるＤＴＭＦ信号
発生方法、又は、請求項２に記載した本発明によるＤＴ
ＭＦ信号発生装置によれば、高域群及び低域群の正弦波
信号をデジタルデータとして生成し、このデジタルデー
タの合成演算を行った後にＤ／Ａ変換器でアナログ信号
に変換して、ＤＴＭＦ信号を発生する。即ち、全ての処
理をデジタル化している。また、これらの処理方法とし
て乗除算を含まない方法を採用し高速処理を可能とする
ことで、高域群用及び低域群用の２系統の必要であった
正弦波信号発生手段が１系統のみで構成できるため、ハ
ードウエアの部品点数が減少し、小型化、低価格化がで
きる。

【００３０】さらに、デジタルデータとして処理するこ
とにより、マイコンを用いたソフトウエア処理が可能と
なり、小型かつ低価格のＤＴＭＦ信号発生装置を提供す
ることが可能となる。さらに、マイコンと抵抗ラダー回
路でＤＴＭＦ信号発生装置を構成することで、専用のハ
ードウエアを使用せずに、安価かつ小型のＤＴＭＦ信号
発生装置を提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び２に記載した本発明によるＤＴＭ
Ｆ信号発生装置の一構成例のブロック図である。

【図２】正弦波データテーブルの例である。

【図３】アドレス演算手段の一構成例を示すブロック図
である。

【図４】データ読み取りの様子を示す表である。

【図５】正弦波データテーブルの例である。

【図６】請求項１及び２に記載した本発明によるＤＴＭ
Ｆ信号発生装置全体の動作の一例を示す表である。

【図７】請求項３に記載した本発明によるＤＴＭＦ信号
発生装置の一構成例を示す図である。

【図８】従来のＤＴＭＦ信号発生装置の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１・・・正弦波データテーブル ２・・・アドレス演算手段 ３・・・データ読取手段 ４・・・デジタルデータ合成手段 ５・・・Ｄ／Ａ変換器 ５ａ・・・抵抗ラダー回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年４月１８日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】データ読み取りの様子を示す図表である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】請求項１及び２に記載した本発明によるＤＴＭ
Ｆ信号発生装置全体の動作の一例を示す図表である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高域群と低域群の一組の周波数を合成して
   構成されるＤＴＭＦ信号の高域群と低域群の周波数の各
   々に対して、 正弦波の波形データを予め書き込んだ正弦波データテー
   ブルから、ＤＴＭＦ信号を構成する一組の高域群と低域
   群の周波数に対応した位相位置のデジタル値を読み取
   り、 この読み取った高域群と低域群のデジタル値の振幅を加
   算し、その加算結果を更にアナログ信号に変換すること
   によって、ＤＴＭＦ信号を出力することを特徴するＤＴ
   ＭＦ信号の発生方法。
2. 【請求項２】正弦波の波形データを予め書き込んだ正弦
   波データテーブルと、 発生すべきＤＴＭＦ信号を構成する一組の高域群と低域
   群の周波数の位相位置に対応した正弦波データテーブル
   上の位置を生成するアドレス発生手段と、 アドレス発生手段により指定されたデジタル値を、上記
   正弦波データテーブルより読み取るデータ読取手段と、 このデータ読取手段によって読み取られた高域群と低域
   群のデジタル値の振幅を加算して、デジタル合成データ
   を出力するデータ合成手段と、 このデータ合成手段によって出力されたデジタル合成デ
   ータをアナログ信号に変換して、ＤＴＭＦ信号を出力す
   るＤ／Ａ変換器とを備えたことを特徴とするＤＴＭＦ信
   号発生装置。
3. 【請求項３】上記Ｄ／Ａ変換器が、上記データ合成手段
   から出力されるデジタル合成データを構成するビット信
   号に重みを持たせた抵抗ラダー回路を含んで構成された
   請求項２に記載のＤＴＭＦ信号発生装置。