相位累加式正弦波產生器的製作方法
2023-06-19 15:25:31 1
專利名稱：相位累加式正弦波產生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種改良式地正弦波產生器，尤其是涉及一種藉由相位累加的方式以產生正弦波的裝置。
傳統的正弦波產生器所產生的正弦波其頻率fo與系統時序之頻率fs之關係如下式所示
其中N為周期等分數，一般N為16或32；D為必須將系統
時序之頻率預先整除之數值，此數值由計數器產生。
當欲產生頻率為1336赫的正弦波，若採用3.58兆赫的高頻石英以產生系統的時序(fs=3.58兆赫)，在周期等分數N=32的情況下，除數D為
但在實際的計數器中，只能產生整數84，故實際產生的頻率為
表1
參考表1所示之用於電話通訊上之雙音復頻信號的規格。其中每一按鍵均由兩種頻率所合成，舉例而言，按鍵「2」由697赫與1336赫所合成。此外，所產生的信號其頻率與標準值之間的容許誤差值為1％以內。以上例而言，由於所得實際頻率值(1331.8赫)與標準值(1336赫)之間的誤差未超過容許誤差，故可被接受。
另一方面，若採用低頻石英以產生系統時序，即使將周期的等分數目隨之降低，實際產生的頻率仍難以符合表1中所規定的容許誤差。舉例而言，若採用fs=32768赫的低頻石英，將等分數降至N=16，除數D為計數器所能產生的整數中，最為接近者為2，所以實際產生的頻率為
此頻率之誤差值遠超過容許的範圍，故現有的正弦波產生器僅能使用高頻石英，其價格較低頻石英為高，造成成本不易降低；此外，必須改變硬體架構才能改變所產生之正弦波信號的頻率，為另一不便之處。
有鑑於此，本發明之第一目的在於提供一種正弦波產生器，其可採用低頻石英(如32768赫)之系統時序，以產生準確頻率的正弦波信號，不但降低成本，且降低整個系統的操作電流(操作電流與頻率成正比)。
本發明之第二目的在於提供一種正弦波產生器，可在不改變硬體架構之下產生任何準確之頻率。
參考
圖1，本發明之相位累加式正弦波產生器包括相位選擇器11、加法器12、暫存器13、階梯轉換器14、數字/模擬轉換器15等。其動作方式說明如下
相位選擇器11，輸出一組二進位碼型式的相位碼，該相位碼決定所產生的正弦波之頻率。
加法器12與暫存器13，加法器12接受來自相位選擇器11的相位碼與暫存器13的輸出信號，將兩信號相加並將結果存於暫存器13中，暫存器13接受系統時序CKs作為控制時序，每隔時序CKs的個一周期即將存於暫存器13中的資料輸出至加法器12與階梯轉換器14。藉由加法器12與暫存器13，每隔時序CKs的一個周期，相位碼即被累加一次並存入暫存器13。
階梯轉換器14，接受來自暫存器13之二進位碼型式的信號，將該二進位碼轉換數字值。
數字/模擬轉換器15，接受來自階梯轉換器14的數字值，將其轉換成電信號「出」(OUT)，此電信號「出」即為所欲產生的正弦波信號。
為了具體了解本發明之特徵，由以下之實施例及附圖詳細說明之，更可明白本發明之優點。其中
圖1表示本發明之相位累加式正弦波產生器的方塊圖2表示本發明之相位累加式正弦波產生器的實際電路較佳實施例；
圖3為圖2中之數字/模擬轉換器25的較佳實施例；
圖4為當階梯轉換器24之輸入與輸出如表3所示的情況下，數字/模擬轉換器25所輸出的波形。
表1為用於電話通訊上之雙音復頻信號的規格；
表2為利用圖2所示之本發明的正弦波產生器以產生雙音復頻頻率之正弦波時，各相關資料；
表3為圖2中之階梯轉換器24之輸入與輸出關係之一例；
圖2表示本發明之實際電路的較佳實施例，其中相位選擇器21、加法器22、暫存器23、階梯轉換器24、數字/模擬轉換器25分別對應於圖1中各方塊。說明如下相位選擇器21接受頻率選擇信號「入」(IN)，輸出一個8位元的二進位碼作為相位碼，此相位碼之編碼是先計算出下式之相位Δθ，然後在Δθ加以編碼舉例而言，欲產生具有頻率fo=1633赫之正弦波(fs=32768赫)，則相位Δθ之大小約為1.5947266。此大小以二進位的相位碼表示時，由於位元數有限，因此當然存在有誤差，但此誤差隨著位數之增加而減少。
表2
以表2所示之產生8種雙音複頻頻率之正弦波的相關資料為例。該表中顯示各種頻率下的相位Δθ、對應的相位碼(8位元)、編碼後的相位值(Δθα)及其誤差等。該誤差定義如下
由表2可知本實施例之編碼誤差均小於0.49％，且隨著相位選擇器21使用的位元數增加，編碼誤差愈小，準確度愈高，因此，在選定之系統時序的頻率下，只需將欲產生之頻率fo代入(6)式，即可算出相位Δθ，然後可得到其對應的相位碼。關於使用幾個位元進行編碼，端視各系統所需要的準確度來決定。
如前面參考圖1所述，加法器22與暫存器23用以在每經過系統時序之一個周期，將來自相位選擇器21的8位元相位碼累加一次並存入暫存器23中，暫存器23並在控制時序的每個周期將最高位的四個位元Q4Q3Q2Q1送至階梯轉換器24。
表3
如前面參考圖1所述，階梯轉換器24將暫存器23送過來的二進位碼信號轉換成數字值。舉例而言，如表3所示，當Q4Q3Q2Q1=0000時，階梯轉換器24輸出階梯1；當Q4Q3Q2Q1=0001時，階梯轉換器24輸出階梯2；餘類推。注意此表中每個階梯值皆對應到兩個不同的二進位碼。
此階梯值送至數字/模擬轉換器25，即可取出適當的電壓值。圖3表示此數字/模擬轉換器25之一較佳實施例，它是由一個多電阻所構成的分壓器，當數字/模擬轉換器25的輸入信號為階梯8時，其輸出最高電壓；餘類推。舉例而言，當階梯轉換器24之輸入與輸出如表3所示的情況，數字/模擬轉換器25將輸出如圖4所示之波形，此波形即可視為正弦波。
請再次參考圖2，相位選擇器21所輸出之相位碼會影響Q4Q3Q2Q1如何變動，而Q4Q3Q2Q1之變動又決定了數字/模擬轉換器25所輸出的正弦波之頻率。換言之，當欲改變所產生之正弦波信號頻率時，只要藉由改變相位選擇器21所輸出的相位碼即可達成。
圖2所示之較佳實施例中，相位選擇器21所輸出的相位碼之位元數為8，而暫存器23之輸出信號的位元數為4，但不限於此，只要編碼後相位誤差不超過容許值，且階梯數足以產生近似的正弦波即可。
在發明詳細說明中所提出之具體的實施狀態或實施例僅為了易於說明本發明之技術內容，而並非將本發明狹義地限制於該實施例，在不超出本發明之精神及所附之權利要求範圍之情況，均應列入本發明保護之範疇。
權利要求
1．一種相位累加式正弦波產生器，其特徵在於，它包括
相位選擇器，輸出一組二進位碼型式的相位碼，該相位碼決定所產生的正弦波之頻率；
加法器與暫存器，該加法器接受來自該相位選擇器的相位碼與該暫存器的輸出信號，將兩信號相加並將結果存於該暫存器中，該暫存器接受一系統時序CKs作為控制時序，每隔時序CKs的一個周期即將存於其中的資料輸出至該加法器，藉由該加法器與暫存器，每隔時序CKs的一個周期，該相位碼即被累加一次並存入該暫存器；
階梯轉換器，接受來自該暫存器之二進位碼型式的信號，將該二進位碼轉換成數字值；
數字/模擬轉換器，接受來自該階梯轉換器的數字值，將其轉換成電信號「出」(OUT)，此電信號「出」即為所欲產生的正弦波信號。
2．如權利要求1所述的相位累加式正弦波產生器，其中可藉由改變該相位選擇器所輸出相位碼而改變所輸出的正弦波之頻率，其他硬體部分不需作更動。
3．如權利要求1所述的相位累加式正弦波產生器，其中該相位碼為8位元的二進位碼，該暫存器輸出至該階梯轉換器的信號為4位元的二進位碼。
全文摘要
一種相位累加式正弦波產生器包括:相位選擇器,輸出一組二進位碼型式相位碼;加法器與暫存器,加法器接受來自相位選擇器的相位碼與暫存器的輸出信號,將兩信號相加並將結果存於該暫存器中,暫存器並接受一系統時序CKs作為控制時序;階梯轉換器,接受來自暫存器之二進位碼型式的信號,將二進位碼轉換成數字值;數字/模擬轉換器,接受來自階梯轉換器的數字值,將其轉換成電信號「出」,此信號「出」即為所欲產生的正弦波信號。
文檔編號H03BGK1217606SQ9712163
公開日1999年5月26日 申請日期1997年11月19日 優先權日1997年11月19日
發明者胡峻魁 申請人:智合科技股份有限公司