直接數字式信號合成器的製作方法

2023-07-07 21:08:16

專利名稱：：直接數字式信號合成器的製作方法
技術領域：
：本發明是為一種信號合成器，尤指一種直接數字式信號合成器。(2)
背景技術：
直接數字式信號合成器(DirectDigitalSynthesizer，DDS)是關於一種頻率合成的技術，主要相應不同的頻率及時脈(clock)產生不同的輸出波形，以提供後續電路所需的信號源。且直接數字式信號合成器被廣泛地應用在無線通訊領域的電路技術，可涵蓋很寬的頻率範圍、快速頻率變換(veryfastfrequencyhopped)或是用以產生任意多變的輸出波形。請參閱圖1，其是習知直接數字式信號合成器的電路結構示意圖，它包括一相位累加器(phase.accumulator)10、波形查詢存儲表(WaveLookupROM-table)11、線性數字模擬轉換器(LinearDAC)12及低通濾波器(LowPassFilter)13所構成。其中波形查詢存儲表11可用來儲存不同波形的參數。其運作方式為利用相位累加器10及波形查詢存儲表11兩者結合併配合輸入的頻率及時脈，而產生一數字波形，並將該數字波形傳送至線性數字模擬轉換器12，將該數字波形轉換成一模擬信號，最後經由低通濾波器13濾波後就可獲得所需的波形輸出。習知的直接數字式信號合成器通常使用位元權值(BinaryWeight)或線性權值(LinearWeight)的線性數字模擬轉換器12，而且需配合波形查詢存儲表11才能達到功效，不僅會增加晶片的體積且電路設計也較複雜。(3)
發明內容本發明的目的是提供一種直接數字式信號合成器，可用以產生任何相位及周期的輸出波形，不需配合習知技術的波形查詢存儲表就可達到功效，可使達到縮小晶片的體積且電路設計簡單。為實現上述目的，本發明的直接數字式信號合成器，用以根據一輸入頻率及一時脈信號產生一輸出波形，其特點是，包括一控制碼發生器，用以相應該輸入頻率及該時脈信號的控制產生一數字控制碼；一數字模擬轉換器，電連接於該控制碼發生器，其是包含多個相差權值係數，用以將該多個權值係數配合該數字控制碼進而產生一模擬波形；以及一濾波器，電連接於該數字模擬轉換器，用以對該數字波形進行濾波，以使產生該輸出波形。根據上述構想，信號合成器中該控制碼發生器可為一溫控碼發生器(thermometercodegenerator)。根據上述構想，信號合成器中該數字控制碼可為一溫控碼(thermometercode)。根據上述構想，信號合成器中該數字模擬轉換器可為一非線性數字模擬轉換器。根據上述構想，信號合成器中該數字模擬轉換器可為一電流操控形式的數字模擬轉換器(CurrentSteertypeDAC)。根據上述構想，信號合成器中該數字模擬轉換器可為一電阻形式的數字模擬轉換器(ResistortypeDAC)。根據上述構想，信號合成器中該濾波器可為一低通濾波器。根據上述構想，信號合成器中該低通濾波器可為一反混疊低通濾波器(anti-aliaslowpassfilter)。根據上述構想，信號合成器中該輸出波形是為一周期性波形。為更清楚理解本發明的目的、特點和優點，下面將結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細說明。(4)圖1是習知直接數字式信號合成器的電路結構示意圖。圖2是本發明直接數字式信號合成器的電路結構示意圖。圖3(a)是本發明第一較佳實施例正弦波形的取樣示意圖。圖3(b)是本發明非線性數字模擬轉換器配合溫控碼的結構示意圖。圖3(c)是圖3(b)內的切換電流單元。(5)具體實施方式本發明的直接數字式信號合成器，將可由以下的實施例說明而得到充份的了解，使得熟習本技藝的人士可據以完成，然而本發明並非限於下列實施例。請參閱圖2，其是本發明直接數字式信號合成器的電路結構示意圖，本發明直接數字式信號合成器其構成的子系統可包含一溫控碼發生器(thermometercodegenerator)20、一非線性數字模擬轉換器(nolinearDAC)21及反混疊低通濾波器(anti-aliaslowpassfilter)22，用以根據使用者設定的輸入頻率及時脈信號而產生一周期性的輸出波形。該溫控碼發生器20可相應該輸入頻率及該時脈信號的控制產生M+1位元的溫控碼(thermometercode)。至於該非線性數字模擬轉換器21電性連接於該控制碼發生器20，可為一電流操控形式或是電阻形式的數字模擬轉換器，其本身包含多個相差權值係數(differenceweightedcoefficient)，並將該多個權值係數配合該數字控制碼而產生一模擬波形輸出。最後將該模擬波形傳送至該反混疊低通濾波器22進行濾波，就可依照該輸入頻率及時脈信號產生所需的輸出波形。關於非線性數字模擬轉換器21所包含的多個相差權值係數的取得方式，以下列舉產生周期性的正弦波形(sin)為第一較佳實施例提出說明，先將欲產生的周期性正弦波形以固定點作取樣的方式取得各點的取樣值S[n]，並配合一運算式D[n]＝ABS(S[n+1]-S[n])運算求得如下表一所述的各點的前後相差值D[n]。表一取樣點相位SIN函數前後差值-SIN相差權值係數n(度數)S[n]D[n]＝ABS(S[n+1]-S[n])10SIN(O)＝00.707W3＝707245SIN(π/4)＝0.7070.293W4＝293390SIN(π/2)＝10.293W4＝2934135SIN(3π/4)＝0.7070.707W3＝7075180SIN(π)＝00.707W2＝7076225SIN(5/4)＝-0.7070.293W1＝2937270SIN(3/2)＝-10.293W1＝2938315SIN(7π/4)＝-0.7070.707W2＝7079360SIN(2π)＝0最後將所有前後相差值轉換成相對比例值後就可獲得關於該周期性波形的多個相差權值係數(Wi)(如下表二所述)表二相差權值係數數值w00w1293w2707w3707w4293其中w0為直流輸出的補償係數請參閱圖3(c)，將相差權值係數(Wi)分別儲存在非線性數字模擬轉換器21電流源的金屬氧化物半導體電晶體(MOS)的寬度/長度(W/L)尺寸的比例值，因此並不需要額外的波形查詢存儲表來儲存欲產生的波形。請在參閱圖3(b)，其是本發明非線性數字模擬轉換器配合溫控碼的結構示意圖，其是由多個相差權值係數30及多組切換電流源開關31所構成。將該相差權值係數配合下表三的溫控碼(thermometercode)及一偏壓Vbias或是電流源的參考電流I0即可使該非線性數字模擬轉換器21產生一模擬波形。表三取樣點相位DAC溫控碼DAC的輸出值N(角度)D0D1D2D3D41011100(w0+w1+w2)*I0124511110(w0+w1+w2+w3)*I01.70739011111(w0+w1+w2+w3+w4)*I02413511110(w0+w1+w2+w3)*I01.707518011100(w0+w1+w2)*I01622511000(w0+w1)*I00.293727010000(w0)*I00831511000(w0+w1)*I00.293936011100(w0+w1+w2)*I01最後在使用該反混疊低通濾波器22對該模擬波形進行濾波，就可產生平滑的正旋波形輸出。同理使用上述的方法及電路亦可獲得如下表四的餘弦波形(cos)表四取樣點相位DAC溫控碼DAC的輸出波形no(角度)D0D1D2D3D41011111(w0+w1+w2+w3+w4))*I0224511110(w0+w1+w2+w3)*I01.70739011100(w0+w1+w2)*I01413511000(w0+w1)*I00.293518010000(w0)*I00622511000(w0+w1)*I00.293727011100(w0+w1+w2)*I01831511110(w0+w1+w2+w3)*I01.707936011111(w0+w1+w2+w3+w4)*I02至於若所欲產生的波形改變則相差權值係數也會隨著變化，只需調整電流操控形式的數字模擬轉換器21電流源的金屬氧化物半導體電晶體(MOS)的寬度/長度(W/L)尺寸的比例值，或是電阻形式的數字模擬轉換器的電阻相對比例值即可達到實際的電路。綜合上面所述，本發明可用以產生任何相位及周期的輸出波形，不需配合習知技術的波形查詢存儲表就可達到功效，並使用一種非線性及相差權值的數字模擬轉換器，且使用前後差值產生的權值係數亦可減少電流(電阻)的相對大小，以減少實際完成時的相對誤差，可達到縮小晶片的體積且電路設計簡單。權利要求1.一種直接數字式信號合成器，用以根據一輸入頻率及一時脈信號產生一輸出波形，其特徵在於，包括一控制碼發生器，用以相應該輸入頻率及該時脈信號的控制產生一數字控制碼；一數字模擬轉換器，電連接於該控制碼發生器，其是包含多個相差權值係數，用以將該多個權值係數配合該數字控制碼進而產生一模擬波形；以及一濾波器，電連接於該數字模擬轉換器，用以對該數字波形進行濾波，以使產生該輸出波形。2.如權利要求1所述的信號合成器，其特徵在於，該控制碼發生器是為一溫控碼發生器。3.如權利要求2所述的信號合成器，其特徵在於，該數字控制碼是為一溫控碼。4.如權利要求1所述的信號合成器，其特徵在於，該數字模擬轉換器是為一非線性數字模擬轉換器。5.如權利要求1所述的信號合成器，其特徵在於，該數字模擬轉換器是為一電流操控形式的數字模擬轉換器。6.如權利要求1所述的信號合成器，其特徵在於，該數字模擬轉換器是為一電阻形式的數字模擬轉換器。7.如權利要求1所述的信號合成器，其特徵在於，該濾波器是為一低通濾波器。8.如權利要求7所述的信號合成器，其特徵在於，該低通濾波器是為一反混疊低通濾波器。9.如權利要求1所述的信號合成器，其特徵在於，該輸出波形是為一周期性波形。全文摘要本發明是為提供一種直接數字式信號合成器，用以根據一輸入頻率及一時脈信號產生一輸出波形，它包括一控制碼發生器，用以相應該輸入頻率及該時脈信號的控制產生一數字控制碼；一數字模擬轉換器，電連接於該控制碼發生器，它包括多個相差權值係數，用以將該多個相差權值係數配合該數字控制碼進而產生一模擬波形；以及一濾波器，電連接於該數字模擬轉換器，用以對該數字波形進行濾波，以使產生該輸出波形。文檔編號H03B28/00GK1505258SQ02153569公開日2004年6月16日申請日期2002年11月28日優先權日2002年11月28日發明者何祥德申請人:華邦電子股份有限公司