JPS61288603A - 周波数合成器 - Google Patents

周波数合成器

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JPS61288603A
JPS61288603A JP13135585A JP13135585A JPS61288603A JP S61288603 A JPS61288603 A JP S61288603A JP 13135585 A JP13135585 A JP 13135585A JP 13135585 A JP13135585 A JP 13135585A JP S61288603 A JPS61288603 A JP S61288603A
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clock
output
frequency
circuit
period
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JP13135585A
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Koichi Shimada
耕一 嶋田
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Toa Electronics Ltd
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Toa Electronics Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は計測器等の信号発生器に使用される周波数合
成器に関する [従来の技術J 従来の周波数合成器を第4図のブロック図を参照して説
明しよう。
デジタル波形発生器1より例えば第5図(A)に示すよ
うな階段状の三角波の各ステップの電圧値と対応したデ
ジタル値が各ステップ毎にDA変換器2へ与えられ、ア
ナログ値に変換され、折線返信回路3へ加えられる。こ
の回路3は入力電圧と出力電圧との関係が直線的でなく
、入力に三角波を入れたときに出力に正弦波が出るよう
な非直線回路である。従って入力に加えられた階段状の
三角波は第5図(B)に示すような階段状の正弦波に変
換されて低域濾波器4へ与えられ、高調波が除去され正
弦波となって出力端子5へ与えられる。
デジタル波形発生器1は例えば第6図に示すように構成
される。加算器6の第1入力端子には、ある数値を示す
符号化されたデジタル信号(以下設定数値信号)が与え
られ、その第2入力端子にはレジスタ7の記憶データが
与えられる。加算器6はこれらのデータを加算し、その
加算値をレジスタ7へ与える。レジスタ7は基準発振器
8から基準クロックCK、が与えられる度に、それ迄入
力に与えられていた加算器6の出力データを取り込み、
一時的に記憶し、その記憶したデータを出力して補数回
路9と加算器6の第2入力端子とへ与える。従って加算
器6とレジスタ7とは累算器(アキュムレータ)20を
構成するものである。
レジスタ7に記4Oされる数は第7図(A)に示ずよう
に基本クロック毎に設定数値信号だけ大きさが増加し、
そのレジスタ7の容量Nに等しいか又は超えたときは、
その時点でオーバフロー分だけが記憶され、それ以外は
自動的にクリアされる。
例えばN= 100のとき、レジスタ7が数イ直「0」
から始まって「3」づつ増加して行くとレジスタ7の記
憶数値が199」の時に次のクロックで13」増加すれ
ば、レジスタ7の新しい記憶数値は「2」になる。加算
器6は加算結果がレジスタ7の容INと等しいか又はそ
れより大きい時は桁上げ信号を出力し、フリップフロッ
プ回路10を反転さセる。従ってこの桁上げ信号はレジ
スタ7がオーバフローした時と同時に生ずるので、フリ
ップフロップ10はレジスタ7がオーバフローする度に
反転する。このフリップフロップ10の出力は補数回路
9の制御入力端子へ与えられる。補数回路9は、この制
御入力が1論理0」のときは入力に与えられた数値デー
タをそのまま出力し、制御入力が「論理1」の時は入力
の数値データのNに対する補数を出力する。−例えばN
= 100のとき、2の100に対する補数100−2
=98を出力する。(補数に対し元の数値2を真数と言
う。)補数回路9の出力は、レジスタ7がオーバフロー
する度に、入力の数値データの真数と補数とを交互に出
力するものとなる。
例えば、レジスタの容量N= 100、設定数値信号の
数値をm = 3とするとき、レジスタ7の出力のデジ
タルデータは第7図(A)に示すように、0.3.6.
・・・96,99,2,5.・・・95゜98.1.4
・・・と変化し、補数回路9の出力のデジタルデータは
同図(B)に示すように、0,3゜6、・・・96,9
9.98,95.・・・5,2.1゜4・・・と変化す
る。第7図からも明らかなように(A)の階段状の鋸歯
状波も(B)の段階状の三角波も隣接する波形が必ずし
も相似ではなく、3サイクル毎に同一の波形が繰返され
る。三角波の周期をT+ 、Tz 、・・・とすれば、
これらは零段も含めた段階の数に1段の時間幅(1/J
c ;Lかしfcは基準クロックの周波数)を乗ずれば
よいから、 となる。従って3サイクル毎(一般にはq (qは6以
上の整数)サイクル毎)に1段だけ短い周期となる。周
期T1〜T、の平均の周期1゛。はとなる。この周期T
0は長時間における周期の平均値に等しいことは言うま
でもない。この周期T0と対応した平均の周波数5゜は To      2N/m       bb、bb 
 ・・・となる。合成周波数は■を平均値とし、(2N
+1)/m    (2N−2)/m波数ジッタ(ゆら
ぎ)を持つことが分る。
この例のように、2 N / mが整数でない場合には
合成周波数には必ず周波数ジッタを伴う。しかし2 N
 / mが整数の場合には三角波は相似となり、周期T
i  (4=1.2.・・・)は全て等しく、従って周
波数ジッタは存在しない。この場合の周期及び周波数は
それぞれ、 T o −2N / m 4 c          
(6)となり、合成周波数f0は基本クロックの周波数
の整数分の1となる。
「発明が解決しようとする問題点」 従来回路においては、DA変換器2の入力へ階段状に設
定数値mだけ変化するnビットのデジタルデータがクロ
ック間隔で与えられる。DA変換器2では、1つの入力
データの各ビットに対応して重み付けしたn個のアナロ
グ値を重畳して1つのアナログ値(電圧)が出力される
が、入力の各ヒツトがr I J、:r OJと変化し
てよりアナログ出力変化する迄の遅延時間(応答時間)
は入力データの各ビット毎に異なり、遅延時間の差Δは
100〜200ナノ秒程度にも達する。従ってこの6時
間の聞出力のアナログ値が理想値より変動することにな
り、階段状の三角波は各ステップの変化時点でグリッジ
と呼ばれる一種の雑音が重畳された波形となる。このグ
リッジは入力の最上位ビット(MSB)がデータ変化す
るときに発生するものが最も大きい。例えば、(A)n
ビットの入力データ01)・・・1 (0がMSBとす
る。この2進数は10進数で表わすとM−1であるとす
る。)が100・・・0 (lO進数で表すとMとなる
)に変化した場合、(B)この逆の変化をした場合を考
える。従って入力データが1だけ増減するよう設定数値
m=1とした場合である。いま、DA変換器2の入力の
MSBが立−ヒリ又は立下ってより出力が立上り又は立
下る迄の遅延時間をそれぞれtdAl+t dA2 と
しMSB以外のビット(その他のビット)に対する遅延
時間は簡単化のため全て同じであるとし、ピントの立1
こり又は立下りに対応した遅延時間をそれぞれtdll
l+  dB□とすると、DA変換を 器2の出力は第8図(A)或いは(B)に示すような応
答となる。いずれの場合もMSBに対する出力の遅延時
間(tdA)とその他のビットに対する出力の遅延時間
(L d、)との差(Δ)の時間において出力は一時的
に大きく変動する。この一時的な出力電圧の振幅変化が
前記のグリッジである。
このグリッジは1.A<1゜の場合(第8図(a))と
1d、>1.8の場合(第8図(b))とでは極性が逆
となる。グリッジの大きさはDA変換器2の出力の最大
値(2M−1)のほぼ1/2にも達する。
(A)の場合はDA変換器2の入力に与えられる階段状
の三角波が増加している期間のほぼ中間におけるステッ
プの変化時点で発生し、(B)の場合は同三角波が減少
している期間のほぼ中間におけるステップの変化時点で
発生する。第7図(B)にはMSBがデータ変化する時
点を48.51、或いは50.47の様に数値で示しで
ある。
以上述べたグリッジはMSBとその他のビットに対する
遅延時間の差に起因する場合であるが、他のビット相互
についても大きさは小さいが同様にして発生することは
明らかであり、階段状の三角波の各ステップの変化時点
においては必ずグリッジが発生している。
このグリッジはDA変換器のみならず、例えばデジタル
波形発生器1でも発生し、その出力の各ビットの立上り
又は立下り時点の変動となって現われる。しかしこのグ
リッジは一般的なデジタルIC回路と同様に時間幅が数
ナノ秒程度であり、DA変換器で発生するグリッジと比
較すれば極めて短く、無視することができる。
次にDA変換器2のグリッジの周波数につき考えてみよ
う。2 N / mが整数でない場合を例として三角波
の振幅増加期間のほぼ中間におけるMSBがデータ変化
する時点で発生するグリッジの周期jl+j!・・・(
第7図(B))を求めると、となり、必ずしも等間隔で
はない。しかし3波毎に(一般にはq波毎に)同一間隔
が繰返されることは三角波と同様である。グリッジの周
期の平均値〒9は18)〜on)式より となり、当然ながら三角波の平均周期To  N41式
)このグリッジを周期〒9の方形波で近値すれば、その
基本波の平均的周波数f9は であり、三角波の平均的周波数f。と等しい。グリッジ
の基本周波数は三角波と同様平均周波数子、を中心とし
て変動する周波数ジッタを持ったものと考えられる。
一方、三角波或いはグリッジを以上のように平均的な周
波数で近似するのではなく、より1値にとらえるならば
、いずれもq波毎に繰返す周期波であるから、この周期
波の周期をそれぞれT o a +t98とずれば、 T on −L 、a = T o ×Q     (
13)また、それぞれの基本周波数をf。l+  fg
Bとすれば、 jos=19a−fo /q     (14)と正確
に表わセる。
2 N / mが整数の場合には、三角波は各ザイクル
共周期T。の相似波形であるから、グリッツの周期T9
は三角波の周期T。と等しくなり、グリッジの周波数f
9も三角波の周波数f。と等しい。
即し T9 =To  (J9= fo )   (15)で
ある。
以上のことから三角波及びグリッジの基本波と高調波は
第9図(A)、(B)に示すような配列となる。
2 N / mが整数でない場合はグリッジの高調波が
小さな間隔で多数存在し、低域濾波器4で合成周波数(
。の2倍以上の周波数を阻止したとしても、なお2f、
以下のグリッジの基本波、f ga及び多数の高調波が
存在し、合成周波の成分子、、、2J oa・・・と分
離するのが難しい。言い換えれば三角波或いはグリッジ
の周波数にシックが存在するため互に分離するのが難し
いとみることもできる。
2 N / mが整数の場合は合成周波数にはジッタは
存在せずまた各三角波は全て相似であるから、グリッジ
の基本波の周波数は合成周波数と一致しており、合成周
波数f0の2倍以上の周波数を阻止すれば、グリッジの
高調波も除去され、グリッジの基本波は合成周波に重畳
され、僅かに振幅変化を与えるのみで実用−L問題にな
ることはない。
周波数合成器は設定数値mを変えて、合成周波数を可変
にすることが必要であり、2 N / rnは整数とは
限らず一般には整数で無い場合が多い。従って出力波形
にはグリッジが存在し、波形歪(スプリアス)を生ずる
欠点となる。
この発明の目的は、このようなグリッジに起因する合成
周波の波形歪(スプリアス)を除去しようとするにある
「問題点を解決するための手段」 この発明においては従来の周波数合成器の1個ODA変
換器の代りに1組の第1.第20A変換器が設けられる
。デジタル波形発生器の出力は第1、第2ラッチ回路で
ラッチされ、この第1.第2ラッチ回路の出力をそれぞ
れ上記第1.第21)A変換器に加えてアナログ信号に
変換する。この第1、第2変換器の出力をスイッチ回路
を介して交互に取り出し合成する。
基本クロックに対し一定の位相関係にあり、かつ基本ク
ロック周期の2倍の周期をもち、パルス幅が1基本クロ
ック周期のスイッチ制御信号と、このスイッチ制御信号
に対し、少なくとも上記第1、第2DA変換器の最大遅
延時間程度以上位相がずれている第1クロックと第1ク
ロックの立上りより基本クロック周期だけ位相がずれた
第2クロックとを発生ずるクロック発生回路を設け、こ
れら第1.第2クロックをそれぞれ第1.第2ラッチ回
路へ加え、これらのクロックの立上りと同期してデジタ
ル波形発生器の出力をラッチさせる。
また上記スイッチ制御信号によりスイッチ回路を制御し
て、第1.第2DA変換器の出力を第1゜第2ラッチ回
路のラッチ時点とずらして、基本クロックの周期に等し
い時間づつ交互に取り出して互に合成する。
r−実施例」 この発明の実施例を第1図に示すブロック図及び第2図
に示すタイムチャー1−を参照して説明しよう。デジタ
ル波形発生器1より階段状の三角波の各段のデジタル値
D0.D、、・・・(第2図(G))が基本クロック(
第2図(A))の立上りと同期して順次第1.第2ラツ
チ回路1)a、llbへ与えられる。またデジタル波形
発生器1より基本クロックCKoがクロック発生回路1
2へ与えられ、クロック発生回路12は、基本クロック
CK。
の極性を反転した信号CK、(第2図(B))を1サイ
クルおきに選択し、途中の1サイクル間は低レベルとし
た第1クロックCK、(第2図(E))と、上記で選択
しなかった途中のサイクルのめを選択し、その間を低レ
ベルとした第2クロックCK2 (第2図(F))とを
作成し、これらのクロックをそれぞれ第1.第2ラッチ
回路1)a。
1)bへ与える。第1 (第2)ラッチ回路1)a(l
lb)は第1 (第2)クロックCK +(CK2)の
立上りに同期して入力に与えられているデジタルデータ
I)+ 、D3 、− (Do 、Dz 、−)を取す
込み、次のクロック迄ラッチすると共に、このデータを
第1 (第2)DA変換器2a (2b)へ与える。従
って第1 (第2)ラッチ回路の出力は第2図(H)(
(1))に示すように入力データを1つおきに選択した
データで、入力データよりその立上りは基本クロックの
周期の半分だけ遅れ、その継続時間は2倍に伸長された
ものとなる。第1(第2)DA変換器2a(2b)は人
力データDr 、  D3 、  ・・・(DO、Dg
 、 ・・・)をアナログ値A (DI ) 、 A 
(D3)・・・(A (DO)、 A (Dg)・・・
)(第2図(J))に変換してスイッチ回路13へ与え
る。この階段状波形の各段の変化時点においては既に述
べたグリッジが発生している。
クロック発生回路12は基本クロックCK、とτT0の
時間幅を2倍に伸長したスイッチ制御信号cs、τT(
第2図(C)、(D))を作成し、スイッチ回路13へ
与える。スイッチ回路13はスイッチ制御信号正Tが高
レベルの期間は第1DA変換器2aの出力A (DI 
)、 A (D3 ) 、 ・・・のみを選択し、また
スイッチ制御信号C8が高レベルの期間は第2DA変換
器2bの出力A(Do)。
A(Dg)・・・のみを選択し、これら選択したアナロ
グ値を合成し、階段状の三角波のアナログ波形(第2図
(K))を折線近値回路3へ与える。スイッチ回路13
はアナログ値A (D、)、 A (DI)・・・のグ
リッジが発生する各段のステップが変化する時点を除い
て安定している期間のみを選択し、合成したので、合成
出力(第2図(K))にはグリッジのない階段状の三角
波が得られる。
グリッジのない階段状の三角波は折線近似回路3で階段
状の正弦波に変換され、低域濾波器4へ与えられ、高調
波を除去されて合成周波数f。を持つ正弦波が出力端子
5へ与えられる。
クロック発生回路12は例えば第3図に示す回路で構成
することができる。D形フリップフロップ回路で構成し
たT形フリップ回路14のクロック端子Tへ基準クロッ
クCK oを与えると、そのQ及びQ出力にはそれぞれ
スイッチ制御信号C8゜C8が得られる。これらcs、
csをそれぞれゲート回路15.16の一方の入力端子
へ与え、他方の入力端子へ基本クロックCK、の反転信
号CK oを与えれば、ゲート回路15.16の出力に
はそれぞれ第1.第2クロックCK、、CK2が得られ
る。
スイッチ回路13は新らたにグリッジを発生しないよう
に切換時間誤差の極めて小さいスイッチが用いられる。
先に述べたようにデジタル波形発生器Iの出力のビット
間の時間的バラツキは数ナノ秒程度である。従って、第
1.第2ラッチ回路1)a、llbに対する各第1.第
2クロックCK、、CK2によるラッチはデジタル波形
発生器の出力が変動する恐れがある前記数ナノ秒の部分
以外の安定した出力状態で行えばよく、つまり第1クロ
ックGK。
は基本クロックCK、に対し数ナノ秒程度以上位相がず
れていればよく、かつ第2クロックCK2は第1クロッ
クCK、に対し基本クロックCK。
の1周期だけずれていればよい。またスイッチ回路13
による第1.第2DA変換器2a、  2bの出力の取
出しは、各第1.第20A変換器2a。
2bでグリッジが発生している部分を避けた出力が安定
している期間でのみ行えばよいから、スイッチ制御信号
C8は第1クロックCKI に対し例えば200ナノ秒
程度以上ずれていればよい。
デジタル波形発生器1は前記の構成に限らず、例えば累
算器20の出力加算値をアドレスとして三角関数を格納
したメモリを読出し、これをデジタル波形発生器1の出
力としてもよい。この場合は、折線近似回路3は省略す
る。また発生波形も正弦波に限らず、例えば三角波とす
る場合は前記実施例で折線近似回路3を省略すればよく
、また鋸歯状波とするには第6図のレジスタ7の出力を
デジタル波形発生器1の出力とし、折線近似回路3ば省
略するなど、種々波形の発生にもこの発明を適用できる
「発明の効果」 この発明は、デジタル波形発生器の出力を2個のラッチ
回路で交互にラッチし、それぞれ別個のDA変換器でア
ナログ信号に変換し、このアナログ信号のグリッジが発
生している部分を除いて、それぞれのアナログ信号を交
互に選択し合成したので、合成周波数を持つ出力信号に
はグリッジに起因する波形歪(スプリアス)が生じない
。従って従来の周波数合成器の性能を著しく向上するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示すブロック図、第2図は
第1図の実施例のタイムチャート、第2図は第1図の実
施例のブロック発生回路の一例を示す回路図、第4図は
従来の周波数合成器を示すブロック図、第5図は第4図
の回路の内部における電圧波形を示す図、第6図はデジ
タル波形発生器の一例を示すブロック図、第7図は第6
図のデジタル波形発生器の波形図、第8図はDA変換器
の応答波形を示す図、第9図は第4図に示した従来回路
のDA変換器の出力信号及びグリ・ノジそれぞれの基本
波とその高調波の配置を示す図である。 1:デジタル波形発生器、2. 2 a、  2 b 
:DA変換器、3:折線近似回路、4:低減濾波器、6
:加算器、7:レジスタ、8:基準発振器、9:補数回
路、10:フリソプフロツブ回路、lla。 1)b=ラッチ回路、12:クロ・ツク発生回路、13
:スイッチ回路、14:T形フリップフロ・ノブ回路、
20:累算器。 特許出願人  東亜電波工業株式会社 代  理  人    草    野        
 卓糎収拐引!!!01)’ オ 9回 (A)2x/m力\゛整叡て°ない士」合(B)2代1
m  力\パ整叡の場4ト○      fO310つ
To      1句53−を匙手続補正書(方式) %式% 1事件の表示  特願昭60−1313552、発明の
名称 周波数合成器 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 東亜電波工業株式会社 4代 理 人  東京都新宿区新宿4−2−21  相
極ビル5、補正命令の日付  昭和60年9月24日6
、補正の対象  図面の簡単な説明の欄7、補正の内容 (1)明細書20頁17〜18行「第2図は・・・・・
・発生回路の一例を」を1第2図は第1図の実施例のタ
イムチャート、第3図は第1図の実施例のクロック発生
回路の一例を」と訂正する。 以上 手続補正書(自発) 昭和60年12月13日 ]、事件の表示  特願昭60−1313552、発明
の名称 周波数合成器 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 東亜電波工業株式会社 5、補正の対象  発明の詳細な説明の欄及び図面6補
正の内容 (1)  明細書3頁13〜14行「(以下設定数値信
号)」を[(以下設定数値信号と言つ)]と訂正する。 (2)同書8頁3〜4行「アナログ出力変化」を「アナ
ログ出力が変化」と訂正する。 (3)同書9頁19〜20行及び10頁1行「変化時点
で・・・・・・数値で示しである。」を下記のとおり訂
正する。 [変化時点で発生する。この例ではMSBは2進数の第
7ビツト(従ってM=64)である。 第7図(B)にはMSBがテータ変化する時点を63゜
66、或いは65.62の様f数値で示しである。」 t7−・・・(8)」を下記のとおり訂正する。 (5)同書1)頁1行[t2−m  ×丘−66×π−
j5−18−・・・ (9)」を下記のとおり訂正する
。 (6)同書15頁19行[信号CKOJを「信号角6」
と訂正する。 (7)同書18頁5行[T形フリップ回路14」を「T
形フリップフロップ回路14」と訂正する。 (8)同書19頁1)〜12行[スイッチ制御信号C8
Jを「スイッチ制御信号て1」と訂正する。 (9)第1図及び第7図を添付図に訂正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)合成すべき周波数と対応したデジタル値を設定し
    、その設定値を基本クロック毎に累算器で累加算し、上
    記合成すべき周波数を持つ周期波を発生するデジタル波
    形発生器の出力をDA変換器でアナログ信号に変換して
    アナログ信号を出力する周波数合成器において、 上記DA変換器として第1、第2DA変換器が設けられ
    、 上記基本クロックに対し一定の位相関係にあり、かつ基
    本クロック周期の2倍の周期をもち、パルス幅が1基本
    クロック周期のスイッチ制御信号と、このスイッチ制御
    信号に対し少くとも上記第1、第2DA変換器の最大遅
    延時間程度以上位相がずれている第1クロックと、この
    第1クロックの立上りより基本クロック周期だけ位相が
    ずれた第2クロックとを発生するクロック発生回路と、
    その第1、第2クロックで上記デジタル波形発生器の出
    力がそれぞれラッチされ、これらラッチ出力をそれぞれ
    上記第1、第2DA変換器へ供給する第1、第2ラッチ
    回路と、 上記スイッチ制御信号で制御され、上記第1、第2DA
    変換器の出力を上記第1、第2ラッチ回路のラッチ時点
    とずらして、上記基本クロック周期づつ交互に取出し互
    に合成して、上記合成すべき周波数をもつアナログ信号
    として出力するスイッチ回路とを設けたことを特徴とす
    る周波数合成器。
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