WO2006042731A1 - Anordnung zur synchronen ausgabe von in zwei oder mehr digitale/analog-wandlern erzeugten analogsignalen - Google Patents

Anordnung zur synchronen ausgabe von in zwei oder mehr digitale/analog-wandlern erzeugten analogsignalen Download PDF

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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M1/66—Digital/analogue converters

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the synchronous output of analog signals generated in two or more digital / analog (D / A) converters according to the preamble of the main claim.
  • the uncertain phase position of the analog signals to the marker signal is critical. It is therefore an object of the invention to provide an arrangement and a method which allows an exact synchronization of the analog signals generated in two or more digital / analog converters.
  • the adjustable digital time delay means an exact synchronization of the output via the D / A converter analog signals.
  • the adjustable digital delay device In the simplest case with only two D / A converters, as is the case, for example, when generating analog I and Q signals from a given I / Q digital signal stream, it is sufficient to use only one D / A converter to assign an adjustable digital delay device. Conveniently, however, each D / A converter corresponding adjustable digital delay means are assigned, especially if a synchronization of the analog signals with an additional marker signal is required.
  • the tunable digital delay device before the D / A converters preferably each consists of a delay circuit whose delay is adjustable to whole clock periods, as well as an arranged in cascade interpolation filter whose delay is adjustable to fractions of clock periods.
  • delay circuits are known for example as so-called delay pipeline or as a filter and common components of electronics.
  • a delay circuit is used whose delay can only be set to integer clock periods.
  • the adjustable filter with which too Fractions of the clock are adjustable for example, are sold by the company Logic Devices under the trade designation LT 4420 or LF 3320, also the adjustable delay pipelines are commercially available.
  • the arrangement according to the invention is particularly advantageous for the synchronization of two D / A converters, as used in the generation of I / Q analog signals, it is also advantageous in other applications in which the analog output signals of three or more D / A converters are to be synchronized.
  • Fig. 1 shows the block diagram of an inventive arrangement for synchronization of two D / A converters without Markersigna1;
  • Fig. 2 shows the same arrangement for the synchronization of two analog signals with an additional marker signal.
  • the two digital data signals I and Q are fed from a data source 1 to the D / A converters 4 and 5 at a clock rate f via fifo memories 2 and 3, respectively.
  • the Fifo memory 2 and 3 are usually already integrated in the D / A converter.
  • the digital / analog converters 4 and 5 work with a particularly pure system clock f2.
  • an adjustable digital delay device 6 or 7 is arranged in front of each of the FIFO memories 2 and 3, whose delay times t1 and t2 are adjustable via a microprocessor 8 as a function of a correlator 9.
  • Each of the two digital delay devices 6 and 7 preferably each consists of a delay circuit 10 whose delay time can be set in each case to full clock periods, for example a so-called delay Pipeline, as well as arranged in cascade interpolation filter 11, the delay time is adjustable to fractions of a clock period.
  • the analog output signals I a and Q a of the two D / A converters 4 and 5 are subjected in the correlator 9 of a cross-correlation.
  • the correlator 9 of a cross-correlation By relative displacement of the two analog signals to each other and measuring the correlation function results in a correlation characteristic whose maximum determines the delay times tl and t2 of the two digital delay devices 6 and 7.
  • This mathematical cross-correlation of two functions and determination of the maximum of the correlation characteristic takes place in a known manner in the correlator 9, the result of the maximum determination is implemented in the computer 8 for setting the delay times t1 and t2.
  • the arrangement at the input is preferably supplied with a corresponding digital synchronization pattern which delivers a particularly favorable output signal for the correlation, for example a so-called Gaussian pulse.
  • Fig. 2 shows an arrangement in which, in addition to the digital signals I and Q from the data source 1, a marker signal M generated together with the digital signals is directly output to the output.
  • the remaining components of the arrangement correspond to those of FIG. 1 and are therefore designated by the same reference numerals.
  • the marker signal M is also delayed in time via an adjustable digital delay device 12 and fed to two correlators 13 and 14, which in turn causes via a computer 8, the setting of the three delay times tl, t2, t3 in this case.
  • the output signal I a is correlated with the marker signal M and in the correlator 14 the marker signal M with the output signal Q a .
  • that serves Marker signal as a reference signal to which the two output signals I a and Q 3 are synchronized.
  • Synchronization pattern given to the marker channel for example, the data sequence 00011000 and the signal paths a digital signal, which generates a Gauss' see pulse at the output of the D / A ⁇ converter.
  • the delay time t3 of the digital delay device 12 is then varied in whole clock periods, and the correlation function between marker signal and analog output signals is simultaneously measured via the correlators 13 and 14.
  • the optimal delay time t1 or t2 is determined in the correlators 13 and 14, respectively.
  • the actual transit time of the analog signals is at the location of the maximum.
  • the computer 8 sets the time value t1 or t2 in the digital delay devices.
  • the output of the analog signals I a and Q a is then exactly synchronous with each other and the marker signal.
  • the correlator may not be located directly behind the D / A converters, but it may also be any signal transmission path between the output part and the correlator. In this way, any unknown signal transmission times can be matched to one another.

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Abstract

Zur synchronen Ausgabe von in zwei oder mehr Digital/Analog (D/A)-Wandlern (4, 5) erzeugten Analogsignalen ist vor mindestens einem der zur Signalübergabe vorgesehenen Fifo-Speicher (2, 3) eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung (6, 7) zum Verzögern der Digitalsignale vorgesehen, deren Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der zwischen den analogen Ausgangssignalen der D/A-Wandler (4, 5) bestimmten Kreuzkorrelation einstellbar ist.

Description

Anordnung zur synchronen Ausgabe von in zwei oder mehr Digitale/Analog-Wandlern erzeugten Analogsignalen.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur synchronen Ausgabe von in zwei oder mehr Digital/Analog (D/A) - Wandlern erzeugten Analogsignalen laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
Bei der üblichen Digital/Analog-Wandlung werden in der Regel zwei zueinander synchrone Takte verwendet. Ein Takt steuert dabei den Digitalteil, ein anderer Takt mit besonderen Anforderungen an die Taktreinheit den eigentlichen Wandler. Die Übergabe der Signale zwischen diesen Takten erfolgt im allgemeinen synchron, das heißt mit bekannter Verzögerung. Bei hohen Taktraten wird das Einhalten der entsprechenden Set up- und Hold-Zeiten an der Übergabe-Schnittstelle zunehmend schwieriger, so dass für die Übergabe der Signale ein Fifo-Speicher (first in first out-Speicher) dem eigentlichen Wandler vorgeschaltet wird. Dieser Fifo-Speicher ist meist in den Wandler integriert. Damit ist zwar eine Synchronisation mit konstanter Verzögerung des Signals möglich, je nach Initialisierung des Fifo-Speichers kann die Verzögerung jedoch unterschiedliche Werte annehmen. Die Zwischenschaltung eines Fifo-Speichers löst daher dieses Problem bei hohen Taktraten noch nicht vollständig.
Ein besonderes Problem besteht, wenn derart erzeugte Analogsignale synchron zueinander oder synchron zu einem Markersignal erzeugt werden sollen, das zwar zusammen mit dem die Analogsignale erzeugenden Digitalsignal erzeugt wird jedoch nicht über die Digital/Analog-Wandler ausgegeben wird. In diesem Fall ist die unsichere Phasenlage der Analogsignale zu dem Markersignal kritisch. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zu schaffen, die eine exakte Synchronisation der in zwei oder mehr Digital/Analog-Wandlern erzeugten Analogsignalen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen insbesondere auch bezüglich der Synchronisation mit einem Markersignal ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann über die einstellbare digitale Zeitverzögerungseinrichtung eine exakte Synchronisation der über die D/A-Wandler ausgegebenen Analogsignale eingestellt werden. Im einfachsten Fall mit nur zwei D/A-Wandlern, wie dies beispielsweise bei der Erzeugung von analogen I- und Q- Signalen aus einem vorgegebenen I/Q- Digitalsignaldatenstrom der Fall ist, ist es ausreichend, nur dem einen D/A-Wandler eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung zuzuordnen. Zweckmäßigerweise werden jedoch jedem D/A-Wandler entsprechende einstellbare digitale Verzögerungseinrichtungen zugeordnet, vor allem dann, wenn eine Synchronisation der Analogsignale mit einem zusätzlichen Markersignal erforderlich ist.
Die abgleichbare digitale Verzögerungseinrichtung vor den D/A-Wandlern besteht vorzugsweise jeweils aus einer Verzögerungsschaltung, deren Verzögerung auf ganze Taktperioden einstellbar ist, sowie einem in Kaskade damit angeordneten Interpolationsfilter, dessen Verzögerung auf Bruchteile von Taktperioden einstellbar ist. Solche Verzögerungsschaltungen sind beispielsweise als sogenannte Delay-Pipeline beziehungsweise als Filter bekannt und gängige Bausteine der Elektronik. Für die Verzögerung des Markersignals wird eine VerzögerungsSchaltung eingesetzt, deren Verzögerung nur auf ganzzahlige Taktperioden einstellbar ist. Das einstellbare Filter, mit denen auch Bruchteile des Taktes einstellbar sind, werden beispielsweise von der Firma Logic Devices unter der Handelsbezeichnung LT 4420 oder LF 3320 vertrieben, auch die einstellbaren Delay-Pipelines sind handelsüblich.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist zwar vor allem für die Synchronisation von zwei D/A-Wandlern von Vorteil, wie sie bei der Erzeugung von I/Q-Analogsignalen benutzt werden, sie ist jedoch auch in anderen Anwendungsfällen von Vorteil, bei denen die analogen Ausgangssignale von drei oder mehr D/A-Wandlern synchronisiert werden sollen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Synchronisation von zwei D/A-Wandlern ohne Markersigna1;
Fig. 2 zeigt die gleichen Anordnung für die Synchronisation von zwei Analogsignalen mit einem zusätzlichen Markersignal.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden aus einer Datenquelle 1 die beiden digitalen Datensignale I und Q mit einem Takt fl jeweils über Fifo-Speicher 2 und 3 den D/A-Wandlern 4 und 5 zugeführt. Der Fifo-Speicher 2 und 3 sind meist schon in die D/A-Wandler integriert. Die Digital/Analog-Wandler 4 und 5 arbeiten mit einem besonders reinen Systemtakt f2. Im Beispiel ist vor jedem der Fifo-Speicher 2 und 3 jeweils eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung 6 beziehungsweise 7 angeordnet, deren Verzögerungszeiten tl beziehungsweise t2 über einen Mikroprozessor 8 in Abhängigkeit von einem Korrelator 9 einstellbar sind. Jede der beiden digitalen Verzögerungseinrichtungen 6 und 7 besteht vorzugsweise jeweils aus einer Verzögerungsschaltung 10, deren Verzögerungszeit jeweils auf volle Taktperioden einstellbar ist, beispielsweise einer sogenannten Delay- Pipeline, sowie einem in Kaskade damit angeordneten Interpolationsfilter 11, dessen Verzögerungszeit auf Bruchteile einer Taktperiode einstellbar ist.
Die analogen Ausgangssignale Ia beziehungsweise Qa der beiden D/A-Wandler 4 und 5 werden im Korrelator 9 einer Kreuzkorrelation unterworfen. Durch relatives Verschieben der beiden Analogsignale zueinander und Messen der Korrelationsfunktion ergibt sich eine Korrelationskennlinie, deren Maximum die Verzögerungszeiten tl beziehungsweise t2 der beiden digitalen Verzögerungseinrichtungen 6 und 7 bestimmt.
Diese mathematische Kreuzkorrelation zweier Funktionen und Bestimmung des Maximums der Korrelationskennlinie erfolgt in bekannter Weise im Korrelator 9, das Ergebnis der Maximum-Bestimmung wird im Rechner 8 zur Einstellung der Verzögerungszeiten tl und t2 umgesetzt. Für diese Einstellung der Verzögerungszeiten in Abhängigkeit von der Kreuzkorrelation wird der Anordnung am Eingang vorzugsweise ein entsprechendes digitales Synchronisationsmuster zugeführt, das ein für die Korrelation besonders günstiges Ausgangssignal liefert, beispielsweise einen sogenannten Gauß' sehen Puls.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der zusätzlich zu den Digitalsignalen I und Q aus der Datenquelle 1 ein zusammen mit den Digitalsignalen erzeugtes Markersignal M direkt zum Ausgang ausgegeben wird. Die übrigen Bestandteile der Anordnung entsprechen denen der Fig. 1 und sind daher mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Markersignal M wird ebenfalls über eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung 12 zeitlich verzögert und zwei Korrelatoren 13 und 14 zugeführt, die ihrerseits wieder über einen Rechner 8 die Einstellung der in diesem Fall drei Verzögerungszeiten tl, t2, t3 bewirkt. Im Korrelator 13 wird das Ausgangssignal Ia mit dem Markersignal M und im Korrelator 14 das Markersignal M mit dem Ausgangssignal Qa korreliert. In diesem Beispiel dient also das Markersignal als Bezugssignal, auf das die beiden Ausgangssignale Ia und Q3 synchronisiert werden.
Der Abgleich der digitalen Verzögerungseinrichtungen gemäß Fig. 2 erfolgt folgendermaßen:
Zunächst werden nach dem Einschalten des Systems die beiden digitalen Verzögerungseinrichtungen 6 und 7 auf Null gesetzt (tl = 0, t2 = 0) .
Dann wird aus der Datenquelle 1 sowohl auf die Signalpfade I und Q als auch auf den Markerkanal ein für die Synchronisation geeignetes digitales
Synchronisationsmuster gegeben, auf den Markerkanal beispielsweise die Datenfolge 00011000 und auf die Signalpfade ein Digitalsignal, das am Ausgang der D/A¬ Wandler einen Gauß' sehen Puls erzeugt. Mit diesem Synchronisationsmuster wird dann die Verzögerungszeit t3 der digitalen Verzögerungseinrichtung 12 in ganzen Taktperioden verändert und es wird gleichzeitig über die Korrelatoren 13 und 14 jeweils die Korrelationsfunktion zwischen Markersignal und analogen Ausgangssignalen gemessen.
Es ergibt sich dann in bekannter Weise eine Korrelationskennlinie über der Verzögerungszeit t3. Durch Interpolieren des Maximums dieser Kennlinie wird in den Korrelatoren 13 und 14 jeweils die optimale Verzögerungszeit tl beziehungsweise t2 ermittelt. An der Stelle des Maximums liegt die tatsächliche Laufzeit der Analogsignale. Über den Rechner 8 wird der Zeitwert tl beziehungsweise t2 in den digitalen Verzögerungseinrichtungen eingestellt. Damit erfolgt dann die Ausgabe der Analogsignale Ia und Qa exakt synchron zueinander und zum Markersignal.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sämtliche beschriebenen und gezeichneten Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar. Auch kann der Korrelator nicht direkt hinter den D/A-Wandlern angeordnet sein, sondern es kann auch eine beliebige Signalübertragungsstrecke zwischen Ausgabeteil und Korrelator liegen. Auf diese Weise lassen sich eventuell unbekannte Signalübertragungszeiten aneinander angleichen.

Claims

Ansprüche
I. Anordnung zur synchronen Ausgabe von in zumindest zwei Digital/Analog-Wandlern (4, 5) erzeugten Analogsignalen (Ia Qa) , bei der die Digitalsignale (I, Q) mit einer ersten Taktfrequenz (Ji1) erzeugt und in den Digital/Analog- Wandlern (4, 5) mit einer, zweiten Taktfrequenz (f2) in Analogsignale gewandelt werden und die Signalübergabe zu den Digital/Analog-Wandlern (4, 5) über Fifo-Speicher (2, 3) verzögert erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Fifo-Speicher (2, 3) vor mindesten einem der Digital/Analog-Wandler (4, 5) eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung (6; 7) zum Verzögern der Digitalsignale vorgesehen ist, deren Verzögerungszeit (tl; t2) in Abhängigkeit von der zwischen den analogen Ausgangssignalen (I3 QJ der Digital/Analog-Wandler (4, 5) bestimmten Kreuzkorrelation einstellbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Fifo-Speicher (2, 3) jedes der Digital/Analog-Wandler (4, 5) eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung (6, 7) angeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung (6, 7) jeweils aus einer einstellbaren digitalen Verzögerungsschaltung (10), deren Verzögerungszeit jeweils um ganze Taktperioden einstellbar ist, und einem in Kaskade damit angeordneten digitalen Interpolationsfilter (11), dessen Verzögerungszeit auf Bruchteile einer Taktperiode einstellbar ist, besteht.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig ein zusammen mit den Digitalsignalen erzeugtes Markersignal (M) direkt zum Ausgang übertragen wird und dass das Markersignal (M) über eine einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung (12) direkt zum Ausgang übertragen wird, und die Verzögerungszeit (t3) des Markersignals sowie die Verzögerungszeiten (tl, t2) der den
Digital/Analog-Wandlern (4, 5) zugeführten Digitalsignale in Abhängigkeit von der Kreuzkorrelation eingestellt wird, die zwischen den analogen Ausgangssignalen (Ia, QJ der
Digital/Analog-Wandler (4, 5) und dem verzögerten
Markersignal bestimmt wird.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Markersignal (M) zugeordnete einstellbare digitale Verzögerungseinrichtung (12) eine auf ganzzahlige Taktperioden einstellbare Verzögerungsschaltung (10) ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ dass die einstellbaren digitalen Verzögerungseinrichtungen (6, 7, 12) jeweils mit der ersten Taktfrequenz (fl) gesteuert sind.
7. Verfahren zum Einstellen einer Anordnung nach Anspruch 4 zur synchronen Ausgabe von in zumindest zwei Digital/Analog-Wandlern (4, 5) erzeugten Analogsignalen mit zugehörigen MarkerSignalen, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die den Digital/Analog-Wandlern (4, 5) zugeordneten digitalen Verzögerungseinrichtungen (6, 7) auf eine Verzögerungszeit Null eingestellt werden, dass dann als Digitalsignal mit zugeordnetem Markersignal (M) ein Synchronisationsmuster zugeführt wird, dass die Verzögerung des Markersignals (M) mittels der diesem zugeordneten einstellbaren digitalen Verzögerungseinrichtung verändert wird und gleichzeitig die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen den Analogsignalen der Digital/Analog-Wandler (4, 5) und dem Markersignal (M) gemessen wird, dass das Maximum der so über der Verzögerungszeit des Markersignals (M) gewonnenen Korrelationskennlinie bestimmt wird und dass schließlich die den Digital/Analog-Wandlern (4, 5) zugeordneten einstellbaren digitalen
Verzögerungseinrichtungen (6, 7) auf den diesem Maximum entsprechenden Zeitwert eingestellt werden.
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