TW312073B - Direct current(DC) frequency modulation structure and method thereof - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 R7 ·产.r.i u 1 五、#‘(J I ) 【發明之應用範疇】 本發明是關於一種將頻率調變（Frequency Modulation)於鎖相迴路（phase Lock Loop)產生合成載 波訊號之電路架構與方法。 【發明之背景】 利用鎖相迴路（Phase Lock Loop)將直流頻率調變， 產生載波信號之方法，廣泛應用於訊號產生器及頻率合成 器。但習用技術僅能對頻率高於鎖相迴路作用頻寬的音頻 訊號進行頻率調變，而頻率低於鎖相迴路作用頻寬的音頻 訊號，則被鎖相迴路視爲雜波而濾除。因此習用技術無法 對非常低頻率或是直流的音頻信號進行頻率調變。 美國專利第4,682,124號（頒予Johann Schutz)是關 於一種「包括一DC-FM鎖相迴路之電路」，該電路包括： 一電壓控制振盪器（VCO)，一頻率除頻器（frequency divider)，一相位比較器，及一濾波器。其中該電壓控制 振盪器具有一調變信號之控制輸入；該除頻器接續於該 VCO之輸出，並輸入於該相位比較器；該相位比較器第二 輸入係與一參考頻率一同輸入；該相位比較器之輸出透過 一濾波器連接於該VCO，作爲頻率控制輸入。該電路可 用來調變頻率較低之信號，並特別適用於量測及控制用之 發射器。 【發明之目的】 本發明之目的乃在提供一種可達成直流頻率調變（DC Frequency Modulation，簡稱 DCFM)的架構和方法。 本發明之目的也在提供一種同時對音頻信號之高頻成 份及低頻成份進行調變之電路。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（21〇Χ：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

312073 A7 五、發明説明（上） 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裝 上述之目的及優點’可以由以下詳麵明麵下列圖 式而更形淸晰。 【發明之簡述】 依本發明所提供之直流頻率調變的架構與方法，音頻 訊號之闻頻成份經由傳統的鎖相迴路達成頻率調變，而音 頻訊號的低頻及直流成份則經由低通爐波器及類比至數位 轉換器，直接送至數位式頻率合成器，進行調變，再經由 另一組鎖相迴路將兩者調變訊號結合。 本發明提供一種將直流頻率調變於鎖相迴路，產生載 波訊號的架構和方法，特別適用於訊號產生器及多迴路的 頻率合成器上。 【圖式之說明】 第1圖爲本發明直流頻率調變的架構的電路方塊圖。 【發明之詳細說明】 第1圖爲本發明直流頻率調變的架構的電路方塊圖。 如_所示’本發明之直流頻率調變的架構包括第1鎖相迴 路（A)及第2鎖相迴路（B)。此外’尙包括一高通濾 波器（1)及一低通濾波器（8)。 第1鎖相迴路（A)包括：加法器（2)、第1電壓控 制振盪器（3)、除N計數器（4)、第1相位檢測器 (5)及第1迴路濾波器（6)。 . 高通濾波器（1)將舖訊號fmod低頻成份（例如： 20 Hz以下）濾除，經由加法器（2 )輸入至第1鎖相迴路 (A)，產生頻率調變的訊號frMl。這裏’ frMl僅針對音 頻訊號frMl的高頻成份（例如：20 Hz以上）進行調變。 第1鎖相迴路（A)進行調變之步驟，說明如下： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 度適用中國國家標準(CNS ) A4规格（210X297公嫠） 312G73 A7 B7 五、發明説明（3 ) 經高通濾波器（1 )濾出之音頻信號fm〇d高頻成份， 進入加法器（2)，輸入第1電壓控制振盪器（3)，產生 頻率調變信號fyM1。 該第1電壓控制振盪器（3)之輸出，並送至除N計 數器（4)，作頻率除頻處理，而進入第1相位檢測器 (5)。於此，第1相位檢測器（5)將該信號與參考頻率 源（7)之參考頻率fref比較相位後，檢出其相位差，經由 第1迴路濾波器（6)，送至加法器（2)，以輸出迴授控 制信號，控制第1電壓控制振盪器（3)之輸出信號頻 率。 低通濾波器（8)將音頻訊號fmod的髙頻成份（例 如：20 Hz以上）濾除後，其低頻成份經由一類比至數位 轉換器（9)進入第二鎖相迴路（B) 〇 第2鎖相迴路（B)包括：一直接數位式頻率合成器 (Direct Digital Frequency Synthesizer )(10 );粗調訊號 合成器（16)，可產生頻率間隔較大（例如：以1 MHZ 爲一間隔）的載波訊號fl ;第2相位檢測器（11);第2 迴路濾波器（12 );第2電壓控制振盪器（13 );第1混 波器（15)及第2混波器（14)。 類比至數位轉換器（9)將類比訊號轉換成數位訊號 fd，輸入至直接數位式頻率合成器（1〇)。直接數位式頻 率合成器（10)可產生隨音頻訊號fm〇d低頻成份變動的頻 率調變訊號％Μ2。這裏，％12除了隨音頻訊號低頻成份 變動外，也會隨音頻訊號的直流成份而變動。經調變後之 頻率調變信號frM2即可與第1鎖相迴路（Α)之頻率調變 信號frMl合成0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 裝 —訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 83. 3.10,000 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4) 由第1電壓控制振盪器（3)輸出之頻率調變信號 fiFMl經由第1混波器（15 )，進入第2相位檢測器 (11 )，於此與直接數位式頻率合成器（10)輸出之頻率 調變信號ftM2比較相位，檢出其相位差，經由第2迴路 濾波器（12 )’送至第2電壓控制振盪器（13 )，由第2 電壓控制振盪器（13)送出調變後之頻率調變信號fout。 第2電壓控制振盪器（13 )之輸出，也送至第2混波 器（14) 〇於此，由粗調訊號合成器（16)產生頻率間隔 較大（例如以1MHZ爲一間隔）之載波信號f!，與該第2 電壓控制振盪器（13)輸出之調變信號f〇ut混合，送至該 第1混波器（15)，而與該第1電壓控制振盪器（3)之 輸出調變信號混合，送至該第2相位檢測器（11 )，再度 與該直接數位式頻率合成器（10)之輸出調變信號，比較 相位》以前述步驟完成迴授控制》 於此，經由該第2電壓控制振盪器（13 )輸出之頻率 調變信號（fout)，即包含該音頻信號fmod之高頻成分， 低頻成分及直流成分。 該第2電壓控制振盪器（13 )之輸出fout，茲說明如 下： 第2混波器（14 )取出第2電壓控制振盪器（13 )輸. 出訊號fout和粗調訊號合成器（16)輸出信號A'兩者間的 差頻f3，以下式表示： f3 = f〇ut — fl ⑴ 第1混波器（15)取出第2混波器（14)和第1電壓 控制振盪器（13)兩者訊號間的差頻f4，以下式表示： f4 = f3 — frMl (2) 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

U2〇n A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（5 ) 第2相位檢測器（11)比較直接數位式頻率合成器 (10 )及第2混波器（15 )之輸出訊號間的頻差f5，以下 式表示： = U — (3) 第2迴路濾波器（12)取出第2相位檢測器（11)輸 出的直流成份，做爲第2電壓控制振盪器（13 )的輸入電 壓。當第2鎖相迴路⑻達成鎖定狀態時： f5 = 〇 (4) 將⑷式代入（3)式得： U = fym (5) 將⑴式代入（2)式得： f3 = £4 + fj?Mi = fjpj^ + fFMl (6) 將⑹式代入（1)式得： f〇ut - h + f3 = fi + ή?Μΐ + §!M2 (7) 觀察（7 )式，fcut包含了 fyM1及_兩項頻率調變 成份’且由前述可知，是隨音頻訊號fmod髙頻成份 變動的頻率調變訊號；是隨音頻訊號fm〇d低賺直 流成份變動的頻率調變訊號。及_兩者結合，將 涵蓋所有音頻訊號之頻率，完成音頻訊號之調變。 以上是對本發明直流頻率調變的架構和方法之說明。 唯習於斯藝之人士，不難由以上之說明，明白本發明之精 神，並據以作出不同之變化與衍申，只要不超出本發明之 精神，均應在本發明範圍之內。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 蒗· -I訂

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 第85111070號專利申請案專利範圍修正本 1. 一種直流頻率調變電路，包括： . 一'闻通滤波器，用以爐除一•音頻訊號之低頻成分; 一第1鎖相迴路，用以對該音頻訊號之高頻成分進 行調變； 一低通瀘波器，用以濾除該音頻訊號之高頻成分； 及 一第2鎖相迴路，用以將該高頻調變信號與該低頻 調變信號合成； 其中，該第2鎖相迴路包括： 一數位式頻率合成器，用以對該音頻訊號之低頻成 分進行調變；( 電壓控制振盪器，可依據輸入電壓發出一定頻率之 振盪信號； 粗調訊號合成器，以產生頻率間隔較大之載波訊 號； 第1混波器，以接收該粗調訊號合成器及該電壓控 制振盪器之輸出，取出其差頻並輸出一信號； '第2混波器，用以接收該第1混波器和該第一鎖相 迴路之輸出，取出其差頻並輸出一信號； 相位檢測器，接收該直接數位式頻率合成器輸出信 號與該第2混波器之輸出信號，取出其差頻並輸出一信 號；及 迴路濾波器，以該相位檢測器之輸出直流成分，作 爲該電壓控制振盪器之輸入電壓； 藉此，該電壓控制振盪器之輸出，可包含音頻訊號 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袈. T訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 210X297公兼） 年 A8 B8 C8 D8 条卜利範圍 之高頻調變成份及其低頻調變成份。 2. 如申請專利範圍第1項所述之直流頻率調變電路， 其中之第一鎖相迴路包含加法器、電壓控制振盪器，除N .電路、參考頻率源、相位檢測器及迴路濾波器。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-* Γ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）