JPH05160640A - ダイレクト・デジタル・シンセサイザ - Google Patents

ダイレクト・デジタル・シンセサイザ

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JPH05160640A
JPH05160640A JP20440191A JP20440191A JPH05160640A JP H05160640 A JPH05160640 A JP H05160640A JP 20440191 A JP20440191 A JP 20440191A JP 20440191 A JP20440191 A JP 20440191A JP H05160640 A JPH05160640 A JP H05160640A
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JP
Japan
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accumulator
triangular wave
digital
signal
analog
Prior art date
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Pending
Application number
JP20440191A
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English (en)
Inventor
Izumi Koga
泉 古賀
Toshihiko Moro
利彦 茂呂
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高速で純度の高い波形を出力するDDSの実
現。 【構成】アキュムレータと、アキュムレータからの信号
を入力し三角波のデータを出力する三角波データ発生手
段と、前記アキュムレータからの信号をデジタルアナロ
グ変換する第1のDACと、前記三角波データ発生手段
からの信号をデジタルアナログ変換する第2のDAC
と、前記第1のDACと、第2のDACとの乗算をする
アナログ乗算器と、前記アナログ乗算器から信号を入力
するフィルタを設けたことを特徴とするDDS。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイレクト・デジタル
・シンセサイザに関するものであり、詳しくは疑似正弦
波の出力方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の正弦波の出力方法は、ダイレクト
・デジタル・シンセサイザ(以下DDSと呼ぶ)内のS
INEデータが格納されたROMテーブルからのデータ
を読出しD/A変換して出力するもの、あるいは三角波
や矩形波にフィルタをかけたものを疑似正弦波として出
力するものなどがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ROM
テーブルからデータを読み出す方式では、アキュムレー
タの変化速度と比較し、ROMテーブルからデータをア
クセスするのに時間がかかるという問題があり、三角波
や矩形波にフィルタをかけるという方法では、その出力
はスプリアス(出力したい波形の希望しない周波数の波
形が表われること)の多い波形になるという問題があっ
た。このため、これらの疑似正弦波の出力方法において
は、高速(周波数が高い)で純度の高い(スプリアスの
少ない)波形が出力が困難であった。本発明はこの様な
問題点を解決するためになされたものであり、高速で純
度の高い波形を出力するダイレクト・デジタル・シンセ
サイザを示すことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号を積
算した値を出力するアキュムレータと、前記アキュムレ
ータからの信号を入力とし三角波のデータを出力する三
角波データ発生手段と、前記アキュムレータからの信号
をデジタルアナログ変換する第1のデジタルアナログ変
換器と、前記三角波データ発生手段からの信号をデジタ
ルアナログ変換する第2のデジタルアナログ変換器と、
前記第1のデジタルアナログ変換器と、第2のデジタル
アナログ変換器の出力を乗算するアナログ乗算器と、前
記アナログ乗算器の出力信号から高周波成分を除去する
フィルタを設けたことを特徴とするダイレクト・デジタ
ル・シンセサイザである。
【0005】
【作用】アキュムレータからの出力で三角波のデータを
生成し、アナログ信号に変換されたのこぎり波と三角波
を乗算することで、疑似正弦波を得る。
【0006】
【実施例】図1は、本発明の基本的なハードウエア構成
図である。
【0007】1はアキュームレータで加算器等から構成
され位相データを出力する。2は三角波データ発生手段
で、アキュームレータ1からのデジタルデータの最上位
ビットと各ビットのイクスクルーシブオアをとる等し
て、アキュームレータから出力するのこぎり波と同周期
の三角波データを発生する。3は第1のデジタルアナロ
グ変換器(以下、DACと呼ぶ)で、アキュームレータ
1からの出力信号をD/A変換する。4は第2のDAC
で、三角波データ手段2からの出力信号をD/A変換す
る。5はアナログ乗算器で、DAC1の出力であるのこ
ぎり波とDAC2の出力である三角波を乗算する。この
乗算器はアナログの乗算器である。6はフィルタで、ア
ナログ乗算器5の信号から高周波成分を除去する。
【0008】この様な構成の動作を説明する。アキュー
ムレータ1に周波数データとクロックが入力され、その
入力されたクロック毎に周波数データが積算してゆく。
この積算結果のデジタルデータをDAC1でDA変換す
る。また積算結果のデジタルデータは、三角波データ発
生手段2で最上位ビットと各ビットのイクスクルーシブ
オアをとるから、三角波データ発生手段2は、のこぎり
波の後半が減少してゆく三角波のもととなるデータを発
生する。この三角波のもととなるデータはDAC4でD
A変換する。こののこぎり波と三角波をアナログ乗算器
5で乗算すると、のこぎり波も三角波も1次関数なの
で、これらを掛け合わせたものは2次関数となる。本発
明ではこの2次関数の極大値もしくは極少値の部分を疑
似正弦波として用いている。尚、ここでは、アキューム
レータ1の最少出力から最大出力に成る間を1周期とし
てその前半あるいは後半として述べている。例えばアキ
ュームレータ1が8ビットとするとその出力が“00”
から“FF”までが1周期である。このとき、のこぎり
波は、1クロック毎にアキュームレータ1から出力され
る、“00”、“01”〜“FF”、“00”といった
デジタルデータをDA変換したものである。一方三角波
は、1クロック毎に三角波データ発生手段2から出力さ
れる、“10”、“11”〜“FF”、“FE”〜“1
1”、“10”といったデジタルデータをDA変換した
ものである。
【0009】本発明の動作の高速性について説明する
と、1クロック毎に変化するデータの乗算を行うから、
このDDSから出力される信号の周波数は、アキューム
レータに入力されるクロックの周波数に依存する。従来
方法であれば、アキュームレータの出力をアドレスとす
るROMテーブルのアクセス時間に依存する(通常であ
れば、アクセス時間よりもクロックのほうの1周期が短
い)から、本発明のDDSにより、従来よりも高速の周
波数で、かつ正弦波に近似した疑似正弦波を出力でき
る。
【0010】本発明におけるのこぎり波と三角波を乗算
することで得られる疑似正弦波について説明する。図2
は図1内のa,b,c点での波形の一実施例を示したも
のである。(a)はアキュームレータ1からのデジタル
データをDAC3でDA変換した波形、(b)はアキュ
ームレータ1からのデジタルデータを三角波データ発生
手段2を介しDAC4でDA変換した波形、(c)は
(a)と(b)の波形を乗算した波形である。実際に
は、DA変換器の分解能は細かいので、図3に示すよう
に、グラフとして表示できる。このとき前記アキューム
レータ1の1周期を2πとし、−1から1までの間を変
化する周期関数とする。各々(a)、(b)、(c)は
図2と同一のものを表すものとする。(a)は、 f(θ)=(θ/π)−1 … である。(b)は、 f(θ)=(θ/π) [0≦θ<π] f(θ)=2−(θ/π) [π≦θ<2π]… である。(c)は、 f(θ)=α*{(π/2)2 −(θ−π/2)2 }[0≦θ<π] f(θ)=α*{(θ−π/2)2 −(π/2)2 }[π≦θ<2π]… である。(αは係数) この(c)の波形信号がフィルタ6を介し出力される。
尚、これらの係数等は一実施例であり、実際には、DA
Cでオフセットを加算したり、アナログ乗算器でゲイン
を変更するなどして、これら〜の式で表した波形が
出力されるわけではない。ここで表していることは、
(a),(b)では1周期の前半は全く同一で、後半が
そのf(θ)において、θ=πを代入した値から、式
の1次の係数にマイナスをかけたものが式の1次の係
数になることを示している。すくなくとも、アキューム
レータ1とDAC3,4は同一のクロックで動作するか
ら、これらの式と式の傾きの関係は、これらの式
と式の傾きの関係は、ハードウエア構成上成り立って
いるものである。よって、DAC3,4の出力から、ア
ナログ乗算器5の入力までの各々の長さを等しくするこ
とにより、式は成り立つ。
【0011】図3の(c)に示す本.発明の出力波形の
性質について説明する。比較のために他の疑似正弦波を
図4に示す。図4において、(1)は疑似正弦波として
の三角波、(2)は本発明の疑似正弦波、(3)は正弦
波である。これら三角波(1)と疑似正弦波(2)をフ
ーリエ級数展開(基本波と高調波で表した式)し、高調
波成分の大きさを表す係数を求めることでの出力波形の
性質を以下に述べる。一般に、フーリエ級数展開は、 f(θ)=a0 /2+Σan ×cos nθ+Σbn ×sin nθ … {n=1,2,3…} と表される。但し、 an =1/π×Π{f(θ)×cos nθ dθ} … {n=0,1,2,3…} bn =1/π×Π{f(θ)×sin nθ dθ} … {n=1,2,3…} である。(但し、前期Π{… dθ}は{ }内を0〜2
πの期間で積分するものである)(1)の疑似正弦波と
しての三角波の性質について説明する。この波形は奇関
数でかつ半周期毎に反転するから、式においてan
0、{n=1,2,3…}、b2m=0{m=1,2,3
…}(2m=nすなわちnが偶数を示す)である。この
ため、式は f(θ)=Σb2n+1×sin 2n+1θ …´ と表される。よって b2n+1=1/π×Π{f(θ)×sin 2n+1θ dθ} …´ を計算すれば、この三角波をフーリエ級数展開できる。
ここでグラフから、f(θ)=2/π×θ、積分範囲はグ
ラフより1/4 周期毎の積分値が等しいことから0≦θ≦
π/2と言う条件で´式を積分したものを4倍すればよ
い。よって b2n+1=4/π×Π{2/π×θ×sin 2n+1θ dθ} …´´ =4/π×2/π×Π{θ×sin 2n+1θ dθ} = 8/(π2 ) ×[−1/(2n+1)×θ×cos 2n+1θ +1/(2n+1)2 ×θ×sin 2n+1θ] = 8/(π2 ) ×−1/(2n+1)× (−1) n となる。(但し、前期Π{… dθ}は{ }内を0≦θ
≦π/2の期間で積分し、[ ]は[ ]内の式のθに2/
π代入したものから、θに0を代入したものを引く。)
従って、 f(θ)= 8/(π2 ) ×{sin θ−(1/9)*sin3θ+ (1/25)*sin5θ…}… となる。
【0012】(2)の本発明の疑似正弦波の性質につい
て説明する。この波形は前記三角波と同様に奇関数でか
つ半周期毎に反転するから、式においてan =0、b
2m=0(2m=nすなわちnが偶数を示す)である。こ
のため、式は f(θ)=Σb2n+1×sin 2n+1θ …´ と表される。よって b2n+1=1/π×Π{f(θ)×sin 2n+1θ dθ} …´ を計算すれば、この疑似正弦波をフーリエ級数展開でき
る。ここでグラフ(2)と式からf(θ)は、 f(θ)= {−1×(2/ π) 2 } ×{(θ−π/2) 2 − (π/2) 2 } =4/π2 ×( −θ2 +π×θ (但し0≦θ<π)と表される。 f(θ)=α2 ×{(θ−π/2) 2 − (π/2) 2 } =α2 ×( −θ2 +π×θ (但し0≦θ<π)と表される。 積分範囲はグラフより1/4 周期毎の積分値が等しいこと
から、´式にf(θ)を代入し、0≦θ≦π/2の範囲
で積分したものを4倍すればフーリエ級数展開ができ
る。よって b2n+1=4/π×Π{f(θ)×sin 2n+1θ dθ} …´´´ =4/π×α2 ×[−Π{θ2 ×sin 2n+1θ dθ} +π×Π{θ×sin 2n+1θ dθ}] =4/π×α2 ×{[1/(2n+1)×θ2 ×cos 2n+1θ −2/(2n+1)2 ×θ×sin 2n+1θ −1/(2n+1)3 ×cos 2n+1θ] +π×[−1/(2n+1)×θ×cos 2n+1θ +2/(2n+1)2 θ×sin 2n+1θ]} =4/π×α2 ×[−2/(2n+1)2 ×π/2× (−1) n +2/(2n+1)3 +1/(2n+1)2 ×π× (−1) n ] =4/π×α2 ×{2/(2n+1)3 } =8/π×α2 ×{1/(2n+1)3 } となる。(但し、前期Π{… dθ}は{ }内を0≦θ
≦π/2の期間で積分し、[ ]は[ ]内の式のθに2/
π代入したものから、θに0を代入したものを引く。)
従って、 f(θ)=8/π×α2 ×{sin θ−(1/27)*sin3 θ+(1/125)*sin5θ…}…´ となる。
【0013】(1)と(2)の高調波成分を比較する。
ここで基本波に対する周波数の速さの割合をMとする。
例えばsin3θではM=3であるということができる。三
角波(1)のフーリエ級数展開は、式に示すようにM
次の高調波の振幅は(1/M2 )倍になり、疑似正弦波
(2)のフーリエ級数展開は、´ 式に示すようにM
次の高調波の振幅は(1/M3 )倍になる。このことか
ら、本発明の疑似正弦波は三角波よりも高調波成分が少
なくなること証明できる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、高速(アキュムレータ
の出力をそのまま利用するのと変わらない速度)で純度
の高い波形を出力するDDSを実現できる。.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的構成図である。
【図2】本発明の動作を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の動作を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の疑似正弦波の説明図である。
【符号の説明】
1…アキュムレータ、 2…三角波データ発生手段、 3,4…DAC、 5…アナログ乗算器、 6…フィルター。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的構成図である。
【図2】本発明の動作を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の動作を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の疑似正弦波の説明図である。
【符号の説明】 1…アキュムレータ 2…三角波データ発生手段 3,4…DAC 5…アナログ乗算器 6…フィルター ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、高速(アキュムレータ
の出力をそのまま利用するのと変わらない速度)で純度
の高い波形を出力するDDSを実現できる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的構成図である。
【図2】本発明の動作を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の動作を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の疑似正弦波の説明図である。
【符号の説明】 1…アキュムレータ 2…三角波データ発生手段 3,4…DAC 5…アナログ乗算器 6…フィルター

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号を積算した値を出力するアキュム
    レータと、 前記アキュムレータからの信号を入力とし三角波のデー
    タを出力する三角波データ発生手段と、 前記アキュムレータからの信号をデジタルアナログ変換
    する第1のデジタルアナログ変換器と、 前記三角波データ発生手段からの信号をデジタルアナロ
    グ変換する第2のデジタルアナログ変換器と、 前記第1のデジタルアナログ変換器と、第2のデジタル
    アナログ変換器の出力を乗算するアナログ乗算器と、 前記アナログ乗算器の出力信号から高周波成分を除去す
    るフィルタを設けたことを特徴とするダイレクト・デジ
    タル・シンセサイザ。
JP20440191A 1991-08-14 1991-08-14 ダイレクト・デジタル・シンセサイザ Pending JPH05160640A (ja)

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JP20440191A JPH05160640A (ja) 1991-08-14 1991-08-14 ダイレクト・デジタル・シンセサイザ

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JP20440191A JPH05160640A (ja) 1991-08-14 1991-08-14 ダイレクト・デジタル・シンセサイザ

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JP (1) JPH05160640A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10341179A (ja) * 1997-05-01 1998-12-22 Mitel Semiconductor Ltd 周波数シンセサイザ
KR100446540B1 (ko) * 2001-04-16 2004-09-01 삼성전자주식회사 데이터 통신용 송신기
JP2011259323A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Panasonic Electric Works Co Ltd 複数のpwm信号を用いて出力を制御する方法
JP2017053914A (ja) * 2015-09-07 2017-03-16 株式会社河合楽器製作所 波形生成装置
JP2017191256A (ja) * 2016-04-14 2017-10-19 国立大学法人 千葉大学 ホログラム計算装置
JP2023087921A (ja) * 2021-12-14 2023-06-26 学校法人立命館 周波数シンセサイザ及び無線通信装置

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