JPH09219669A - ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力を抑えつつ発生周波数の広帯域化を
可能にしたダイレクト・ディジタル・シンセサイザを提
供することを目的とするものである。 【解決手段】 小分割した発生周波数帯域のうち低い周
波数帯域に含まれる周波数を発生する場合、制御部１が
それを検知し、ディジタルデータ発生部２及びＤ／Ａ変
換部３の動作周波数を低くする。そして、フィルタ部４
の特性を調整し、変更された動作周波数によって発生す
る不要な高調波成分を取り除くようにはたらく。ディジ
タルデータ発生部としては、複数の波形情報を記憶し、
分割帯域に対応した波形情報をその中から選択し、波高
値として出力する。あるいは、可変クロック信号に同期
して周波数情報に含まれる角速度情報から周波数の波高
値データを生成する手段と、分割帯域に対応して、設定
する角速度情報を補正する手段を備え、補正角速度情報
から周波数の波高値を算出して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、任意の周波数の波
形を正確に発生することができるようにしたダイレクト
・ディジタル・シンセサイザに関し、更に詳しくは発生
する周波数によって動作クロックを制御し消費電力を抑
えるようにしたダイレクト・ディジタル・シンセサイザ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、任意の周波数の波形を正確に発生
することができる周波数発生器としては、例えば、特開
昭６３−２２４４３１号公報に開示されたダイレクト・
ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳと略される）が知ら
れている。即ち、図６に示すように、記憶装置であるＲ
ＯＭ６１は正弦波の角度情報を波高値に変換するもので
あり、一定周期分の正弦波の波高値をその角度情報に対
応して多値データとして記憶している。そして、クロッ
ク信号ｆｃがリングカウンタ６５及びディジタル／アナ
ログ変換器６２（Ｄ／Ａ変換器と略される）に与えられ
る。固定のクロック信号ｆｃが与えられる毎に、このリ
ングカウンタ６５からは既に記憶された値（最後に加算
器６４から出力された値）が加算器６４に与えられ、角
度情報の増分と加算されて加算器６４から角度情報が出
力される。このときリングカウンタ６５に記憶する値
は、新たに加算器６４から出力された値に置き換えられ
る。

【０００３】角度情報を指定する加算器６４からの出力
は、読み出しアドレスとしてＲＯＭ６１に与えられる。
ＲＯＭ６１からの出力はＤ／Ａ変換器６２によってアナ
ログ信号に変換され、さらにバンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）６３で適宜な周波数帯域が抽出され、出力端子に周
波数が変化する連続的な正弦波が出力される。増分切換
信号Ｓｓにより加算器６４に与えられる増分を調整する
ことにより、任意の周波数を発生させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のＤＤＳでは、あ
る帯域幅にわたって周波数を発生しようとする場合、発
生周波数の中で最も高い周波数の２倍以上の速度でＤＤ
Ｓを動作させる必要があるため、発生帯域幅を広くすれ
ばするほどＤＤＳの動作周波数が高くなる。一般にＤＤ
Ｓのようなディジタル処理系回路では、動作周波数を上
げるほど消費電力も増加する。したがって、ＤＤＳで発
生させる周波数を広帯域化するほど、回路の消費電力が
増加してしまうという問題があった。

【０００５】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、消費電力を抑えつつ発生周
波数の広帯域化を可能にしたＤＤＳを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の第１の発明においては、周波数
帯域を分割し、発生周波数を含む分割帯域を識別して、
帯域選択信号と可変クロック信号を発生する手段と、帯
域選択信号に基づき、可変クロック信号に同期して可変
周波数信号の波高値データを出力する手段と、Ｄ／Ａ変
換後の波高値信号中の不要な高調波成分を除去するため
に、帯域選択信号に同期してフィルタの通過周波数帯域
を切換えて使用する手段とを設けたことを趣旨としてい
る。

【０００７】請求項２に記載の第２の発明においては、
第１の発明の構成において、ディジタルデータ発生手段
として、複数の波形情報を記憶し、分割帯域に対応した
波形情報をその中から選択し、波高値として出力する手
段を設けたことを趣旨としている。請求項３に記載の第
３の発明においては、第１の発明の構成において、ディ
ジタルデータ発生手段として、可変クロック信号に同期
して周波数情報に含まれる角速度情報から周波数の波高
値データを生成する手段と、分割帯域に対応して、設定
する角速度情報を変更する手段とを設けたことを趣旨と
している。

【０００８】請求項４に記載の第４の発明においては、
第１及び第２の発明の構成において、フィルタ手段とし
て、帯域選択信号に基づいて、通過周波数帯域の異なる
複数のフィルタの中から特定のフィルタを選択して使用
する手段を設けたことを趣旨としている。

【０００９】請求項５に記載の第５の発明においては、
第１及び第３の発明の構成において、前記第４の発明の
手段を設けたことを趣旨としている。請求項６に記載の
第６の発明においては、第１、第２及び第４の発明の構
成において、制御手段として、可変クロック信号は基準
クロックを分周することにより発生する手段を設けたこ
とを趣旨としている。

【００１０】請求項７に記載の第７の発明においては、
第１、第３及び第５の発明の構成において、制御手段と
して、可変クロック信号は基準クロックを分周すること
により実現し、さらに角速度情報を、基準クロックの分
周率に応じて変更する手段を設けたことを趣旨としてい
る。

【００１１】上記第１の発明によれば、小分割した発生
周波数帯域のうち低い周波数帯域に含まれる周波数を発
生する場合、制御手段がそれを検知し、ディジタルデー
タ発生手段及びＤ／Ａ変換手段の動作周波数を低くす
る。そして、フィルタ手段の特性を調整し、変更された
動作周波数によって発生する不要な高調波成分を取り除
くようにはたらく。

【００１２】上記第２の発明によれば、第１の発明の作
用に加えて、複数の周波数に対応する波形情報を記憶す
る記憶手段から、周波数情報および動作周波数に応じた
波形を選択し出力する。上記第３の発明によれば、第１
の発明の作用に加えて、発生させる周波数の含まれる分
割帯域に対応して、周波数情報に含まれる角速度情報を
変更し、その角速度情報から周波数の波高値を算出して
出力する。

【００１３】上記第４の発明によれば、第１および第２
の発明の作用に加えて、発生させる周波数の含まれる分
割帯域に対応して、通過周波数帯域の異なる複数のフィ
ルタの中から、不要な高調波成分を取り除くのに適した
特性を持つフィルタを選択して使用する。上記第５の発
明によれば、第１および第３の発明の作用に加えて、前
記第４の発明の作用をもつ。

【００１４】上記第６の発明によれば、第１、第２およ
び第４の発明の作用に加えて、帯域分割をＮ（Ｎ：正の
整数）分割し、可変クロック信号は基準クロックをＭ／
Ｎ分周（Ｍ，Ｎ：正の整数、Ｍ＜Ｎ）することにより発
生する信号をディジタルデータ発生手段及びＤ／Ａ変換
手段の動作クロックとして供給する。上記第７の発明に
よれば、第１、第３および第５の発明の作用に加えて、
帯域分割をＮ（Ｎ：正の整数）分割し、可変クロック信
号は基準クロックをＭ／Ｎ分周（Ｍ，Ｎ：正の整数、Ｍ
＜Ｎ）することにより発生する信号をディジタルデータ
発生手段及びＤ／Ａ変換手段の動作クロックとして供給
する。そしてディジタルデータ発生手段で使用する角速
度情報を、基準クロックに対する可変クロック信号の分
周率の逆数（Ｎ／Ｍ）で乗じた値に変更する。

【００１５】

【発明の実施の形態】

第１実施例 以下、本発明を図１〜図４に示すＤＤＳの第１実施例に
従って説明する。図１は、本発明を具体化した第１実施
例におけるＤＤＳの構成を、図２は、第１実施例におけ
るＤＤＳにおいて発生周波数の帯域分割による処理を説
明する周波数特性及びフィルタ特性を、図３は、第１実
施例におけるＤＤＳにおいて、制御部１及びディジタル
データ発生部２の詳細を示すブロック図を、図４は、第
１実施例におけるＤＤＳにおいて、フィルタ部４の構成
例のブロック図を示す。

【００１６】図１に示すように、周波数情報は、制御部
１及びディジタルデータ発生部２に入力される。実施例
のＤＤＳは、０〜３２ＭＨｚの発生周波数帯域を４つの
小帯域に分割して、０〜８ＭＨｚを第１帯域、８〜１６
ＭＨｚを第２帯域、１６〜２４ＭＨｚを第３帯域、２４
〜３２ＭＨｚを第４帯域と定める。制御部１では、周波
数情報で指定される周波数が含まれる分割帯域を示す帯
域を識別して、対応する選択信号と、基準クロックまた
は基準クロックを１／４、１／２又は３／４に分周した
可変クロック信号を出力する。ディジタルデータ発生部
２では、制御部１から得られた帯域選択信号により発生
すべき周波数の含まれる分割帯域を判定し、周波数情報
をもとに発生させる周波数を決定し、制御部１から得ら
れた可変クロック信号に同期して波高値データを出力す
る。Ｄ／Ａ変換部３は、波高値データ（ディジタル信
号）をアナログ信号に変換する。フィルタ部４では、制
御部１から得られた帯域選択信号により発生すべき周波
数の含まれる分割帯域を判定し、それ以外の帯域に含ま
れる不要な周波数成分を取り除く。

【００１７】図２（ａ）の第１帯域（０〜８ＭＨｚ）に
含まれる周波数を発生させる場合には、８０ＭＨｚの基
準クロックを１／４分周した２０ＭＨｚの可変クロック
周波数を、ディジタルデータ発生部２に供給し、指定さ
れた周波数の波高値を発生させる。図２（ｂ）に、発生
した波高値をＤ／Ａ変換部３によりアナログ化した信号
の周波数特性を示す。動作クロックを２０ＭＨｚとした
ため、図中の網点で示したように１０ＭＨｚ以上の帯域
に高調波成分が発生してしまう。

【００１８】そこで、制御部１から出力する帯域選択信
号を基にして、フィルタ部４ではＤ／Ａ変換部３からの
出力信号に対して、図２（ｃ）に示す通過特性を持つフ
ィルタをかけ不要な高調波成分を除去した後、可変周波
数信号として出力する。一方、図２（ａ）の第３帯域
（１６〜２４ＭＨｚ）に含まれる周波数を発生させる場
合には、可変クロック周波数を６０ＭＨｚにする。この
場合も、図２（ｄ）に網点で示すように、３０ＭＨｚ以
上の帯域に高調波成分が発生してしまう。

【００１９】そこで、制御部１から出力する帯域選択信
号を基にして、フィルタ部４ではＤ／Ａ変換部３からの
出力信号に対して、図２（ｅ）に示す通過特性を持つフ
ィルタをかけ不要な高調波成分を除去した後、可変周波
数信号として出力する。その他の分割帯域についても、
同様にして不要な高調波成分を除去した可変周波数信号
が出力される。

【００２０】図３に、制御部１及びディジタルデータ発
生部２の構成例を示す。周波数情報を受けて、帯域判定
部１１が分割帯域のどの帯域に含まれるかを判定し、帯
域選択信号を出力する。また帯域判定部１１の結果は分
周比決定部１２に送られ、可変クロック信号を生成する
ための基準クロックの分周率を決定する。分周器１３で
は、決定された分周率に従って基準クロックを分周し、
可変クロック信号として出力する。

【００２１】本実施例では、複数の波形情報を記憶した
メモリ２２を用いる例を示す。メモリ２２には、基準ク
ロックと同じ８０ＭＨｚでサンプリングされた各種周波
数の波高値データが格納されている。ここでは、周波数
情報として５ＭＨｚが入力された場合を例に説明する。
５ＭＨｚは、図２（ａ）の第１帯域（０〜８ＭＨｚ）に
含まれるため、基準クロック８０ＭＨｚを４分周した２
０ＭＨｚを可変クロック信号とする。

【００２２】ディジタルデータ発生部２の動作クロック
を１／４に落としたため、その影響を補償するために、
アドレス発生部２１では、周波数情報（５ＭＨｚ）を分
周率の逆数（４／１）で乗じた値を使ってメモリ２２か
ら波高値を出力させる。即ち、５ＭＨｚ×４＝２０ＭＨ
ｚの波形情報の波高値データをメモリ２２から可変クロ
ック信号に同期して、順次読み出し出力させる。

【００２３】図４に、フィルタ部４の構成例を示す。図
４（ａ）は、各分割帯域の周波数のみを通過させるフィ
ルタ群４１３を並列的に配置した例を示す。フィルタ制
御部４１１は、フィルタ群４１３中のどのフィルタを用
いるかを帯域選択信号をもとに決定し、切換部４１２及
び４１４を制御して、Ｄ／Ａ変換部３からの出力信号を
所望のフィルタに通し、不要の帯域の周波数成分を取り
除く。

【００２４】図４（ｂ）も、各分割帯域の周波数のみを
通過させるフィルタ群４２３を並列的に配置した例であ
るが、切換部を入力側のみにした場合である。フィルタ
制御部４２１は、フィルタ群４２３中のどのフィルタを
用いるかを帯域選択信号をもとに決定し、切換部４２２
を制御して、Ｄ／Ａ変換部３からの出力信号を所望のフ
ィルタのみに送り、それ以外のフィルタには何も送らな
い（無信号を送る）。各フィルタからの出力は、混合器
４２４にて全て足し合わされて出力される。

【００２５】図４（ｃ）も、各分割帯域の周波数のみを
通過させるフィルタ群４３３を並列的に配置した例であ
るが、切換部を出力側のみにした場合である。Ｄ／Ａ変
換部３からの出力信号は、フィルタ群４３３の全てのフ
ィルタに入力される。フィルタ制御部４３１は、フィル
タ群４３３中のどのフィルタを用いるかを帯域選択信号
をもとに決定し、切換部４３４を制御して、所望のフィ
ルタからの出力信号のみを選択して出力し、それ以外の
フィルタからの出力信号は出力しない。

【００２６】図４（ｄ）は、各分割帯域の周波数のみを
通過させるフィルタ４４３、４４５及び４４８を直列的
に配置した例を示す。フィルタ制御部４４１は、フィル
タ群中のどのフィルタを用いるかを帯域選択信号をもと
に決定し、切換部４４２、４４４、４４６、４４７及び
４４９を制御して、Ｄ／Ａ変換部３からの出力信号を所
望のフィルタのみを通し、それ以外のフィルタはバイパ
スするようにする。

【００２７】次に、上記のように構成されたＤＤＳの作
用及び効果について説明する。この実施例のＤＤＳによ
れば、周波数情報の示す周波数が含まれる分割帯域によ
って、ディジタルデータ発生部２及びＤ／Ａ変換部３の
動作周波数と、フィルタ部４の特性を変えることによ
り、所望の周波数帯域幅に含まれる任意の周波数を発生
することができる。

【００２８】分割帯域によって消費電力の大きいディジ
タルデータ発生部２及びＤ／Ａ変換部３の動作周波数を
落とすことになるため、ＤＤＳ全体としての消費電力を
削減する効果がある。また、可変クロック信号の生成方
法として基準クロックを分周する方式とし、基準クロッ
クの分周率の逆数の周波数情報を補正する構成にするた
め、回路制御及び回路構成が簡単になる。

【００２９】本実施例では、回路規模及び本発明の効果
を考慮し、最適と考えられる帯域４分割を例に挙げ説明
したが、分割数は任意でよい。第２実施例次に、本発明
を具体化した第２実施例について、図５に従って説明す
る。尚、第２実施例において、前記第１実施例と同様の
部材については同一の符号を付して説明を省略する。従
って、以下には第１実施例と異なった点を中心に説明す
る。

【００３０】第２実施例のＤＤＳでは、ディジタルデー
タ発生部として、複数の波形情報を記憶したメモリ２２
を用いない点について、前記第１実施例と異なってい
る。即ち、周波数→角速度変換部２３で周波数情報から
抽出した角速度情報に、係数算出部２４で帯域判定信号
から算出した可変クロック信号生成における基準クロッ
クの分周率の逆数を掛算器２５で掛け合わせて補正す
る。補正角速度情報は、角速度→角度変換部２６、更に
は角度→波高値変換部２７を経て波高値データとなり、
可変クロック信号に同期して出力される。

【００３１】従って、本実施例のＤＤＳでは、あらかじ
め発生周波数の波形情報を持つ必要がないため、発生周
波数の帯域変更や、周波数変更等のシステムの仕様変更
に対して、回路規模を増大させることなく柔軟に対応で
きる。また、ディジタルデータ発生部の演算精度を上げ
るだけで、発生周波数の分解能を容易に上げることも可
能である。

【００３２】尚、この発明は次のような別の実施例を具
体化することができる。 （１）第１実施例において、アドレス発生部２１に入力
する信号として帯域選択信号の代わりに、分周比決定部
１２から出力される分周比指定信号でもよい。 （２）第１実施例において、メモリ２２は複数のメモリ
を組み合わせて用いる構成でも良い。

【００３３】（３）第１実施例において、入力する周波
数情報として周波数を用いて説明したが、角速度情報を
入力としてもよいし、アドレス発生部への周波数情報入
力の前段に周波数→角速度変換部２３を配置してもよ
い。 （４）第２実施例において、係数算出部２４に入力する
信号として帯域選択信号の代わりに、分周比決定部１２
から出力される分周比指定信号でもよい。

【００３４】（５）第２実施例において、入力する周波
数情報として周波数を用いて説明したが、角速度情報を
入力としてもよい。その場合、周波数→角速度変換部２
３を省略した構成となる。 （６）第１及び第２実施例において、ディジタルデータ
発生部２の機能の一部あるいは全てをソフトウェアで実
現し、回路を簡単にしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、第１の発明によれ
ば、発生する周波数帯域を狭めることなくＤＤＳの動作
周波数を一定期間下げることができ、消費電力を抑える
ことが出来るという優れた効果を奏する。第２の発明に
よれば、第１の発明の効果に加えて、波形情報を記憶す
る記憶手段を用いることで、回路構成を簡単にできると
いう優れた効果を奏する。

【００３６】第３の発明によれば、第１の発明の効果に
加えて、発生周波数の帯域変更や、周波数変更等のシス
テムの仕様変更に対して、回路規模を増大させることな
く柔軟に対応できるという優れた効果を奏する。第４の
発明によれば、第１および第２の発明の効果に加えて、
通過周波数帯域の異なる複数のフィルタの中から、不要
の高調波成分を取り除くための最適なフィルタを簡単に
選択し使用できるという優れた効果を奏する。

【００３７】第５の発明によれば、第１および第３の発
明の効果に加えて、通過周波数帯域の異なる複数のフィ
ルタの中から、不要な高調波成分を取り除くための最適
なフィルタを簡単に選択し使用できるという優れた効果
を奏する。第６の発明によれば、第１、第２および第４
の発明の効果に加えて、可変クロック信号の生成回路や
周波数情報の補正回路の構成が簡単になるという優れた
効果を奏する。

【００３８】第７の発明によれば、第１、第３および第
５の発明の効果に加えて、可変クロック信号の生成回路
や周波数情報の補正回路の構成が簡単になるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例におけるＤＤＳ
の構成図である。

【図２】第１実施例におけるＤＤＳにおいて、発生周波
数の帯域分割による処理を説明する周波数特性及びフィ
ルタ特性図である。

【図３】第１実施例におけるＤＤＳにおいて、制御部１
及びディジタルデータ発生部２の詳細を示すブロック図
である。

【図４】第１実施例におけるＤＤＳにおいて、フィルタ
部４の構成例を示すブロック図である。

【図５】第２実施例におけるＤＤＳにおいて、制御部１
及びディジタルデータ発生部２の詳細を示すブロック図
である。

【図６】従来技術におけるＤＤＳの構成図である。

【符号の説明】

１ 制御部 ２ ディジタルデータ発生部 ３ Ｄ／Ａ変換部 ４ フィルタ部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数情報を入力して対応する可変周波
   数信号を出力するダイレクト・ディジタル・シンセサイ
   ザにおいて、 前記周波数情報が示す周波数帯域を複数の帯域に分割
   し、分割帯域毎に周波数の異なる可変クロック信号を生
   成し、該可変クロック信号に同期する前記可変周波数信
   号の波高値データを出力し、前記可変周波数信号を出力
   すべく、前記周波数情報を入力して分割帯域を識別し、
   帯域選択信号と可変クロック信号を発生する制御手段
   と、 前記周波数情報を入力し、前記帯域選択信号に基づき前
   記可変クロック信号に同期して前記可変周波数信号の波
   高値データを出力するディジタルデータ発生手段と、 前記波高値データを前記可変クロック信号に同期してア
   ナログ化するＤ／Ａ変換手段と、 該Ｄ／Ａ変換出力を入力し、該Ｄ／Ａ変換出力中の高調
   波成分を除去して信号成分を抽出すべく、前記帯域選択
   信号に同期して前記Ｄ／Ａ変換出力の通過帯域を切換え
   るフィルタ手段とを、 それぞれ配して成るダイレクト・ディジタル・シンセサ
   イザ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のダイレクト・ディジタ
   ル・シンセサイザにおいて、 前記ディジタルデータ発生手段として、波形情報を記憶
   する記憶手段と、 分割帯域に対応した波形情報を該記憶手段中の複数の波
   形情報から選択し、波高値として出力する手段とから成
   るダイレクト・ディジタル・シンセサイザ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のダイレクト・ディジタ
   ル・シンセサイザにおいて、 前記ディジタルデータ発生手段として、前記可変クロッ
   ク信号に同期して、前記周波数情報に含まれる角速度情
   報を角度情報に変換する第１の変換手段と、 該第１の変換手段からの出力値を、対応する周波数の波
   高値に変換する第２の変換手段と、 分割帯域に対応して前記第１の変換手段に設定する周波
   数情報を変更する手段とから成るダイレクト・ディジタ
   ル・シンセサイザ。
4. 【請求項４】 請求項１及び２に記載のダイレクト・デ
   ィジタル・シンセサイザにおいて、 前記フィルタ手段として、通過周波数帯域の異なる複数
   のフィルタと、 前記帯域選択信号に基づいて、該複数のフィルタの中か
   ら特定のフィルタを選択し、前記Ｄ／Ａ変換手段の出力
   信号を通すよう制御する手段とから成るダイレクト・デ
   ィジタル・シンセサイザ。
5. 【請求項５】 請求項１及び３に記載のダイレクト・デ
   ィジタル・シンセサイザにおいて、 前記フィルタ手段として、通過周波数帯域の異なる複数
   のフィルタと、 前記帯域選択信号に基づいて、該複数のフィルタの中か
   ら特定のフィルタを選択し、前記Ｄ／Ａ変換手段の出力
   信号を通すよう制御する手段とから成るダイレクト・デ
   ィジタル・シンセサイザ。
6. 【請求項６】 請求項１、２及び４に記載のダイレクト
   ・ディジタル・シンセサイザにおいて、 前記制御手段として、帯域分割をＮ（Ｎ：正の整数）分
   割とし、前記制御手段にて発生させる可変クロック信号
   は基準クロックを分周することにより発生する手段を有
   することを特徴とするダイレクト・ディジタル・シンセ
   サイザ。
7. 【請求項７】 請求項１、３及び５に記載のダイレクト
   ・ディジタル・シンセサイザにおいて、 前記制御手段として、帯域分割をＮ（Ｎ：正の整数）分
   割とし、前記制御手段にて発生させる可変クロック信号
   は基準クロックを分周することにより実現し、さらに識
   別した分割帯域に対応して前記第１の変換手段に設定す
   る周波数情報を、該基準クロックに対する前記可変クロ
   ック信号の分周率の逆数で乗じた値とする手段を有する
   ことを特徴とするタイレクト・ディジタル・シンセサイ
   ザ。