直接数字式信号合成器 (1)技术领域
本发明是为一种信号合成器，尤指一种直接数字式信号合成器。
(2)背景技术
直接数字式信号合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)是关于一种频率合成的技术，主要相应不同的频率及时脉(clock)产生不同的输出波形，以提供后续电路所需的信号源。且直接数字式信号合成器被广泛地应用在无线通讯领域的电路技术，可涵盖很宽的频率范围、快速频率变换(very fast frequencyhopped)或是用以产生任意多变的输出波形。
请参阅图1，其是习知直接数字式信号合成器的电路结构示意图，它包括一相位累加器(phase.accumulator)10、波形查询存储表(Wave Lookup ROM-table)11、线性数字模拟转换器(Linear DAC)12及低通滤波器(Low Pass Filter)13所构成。其中波形查询存储表11可用来储存不同波形的参数。
其运作方式为利用相位累加器10及波形查询存储表11两者结合并配合输入的频率及时脉，而产生一数字波形，并将该数字波形传送至线性数字模拟转换器12，将该数字波形转换成一模拟信号，最后经由低通滤波器13滤波后就可获得所需的波形输出。
习知的直接数字式信号合成器通常使用位元权值(Binary Weight)或线性权值(Linear Weight)的线性数字模拟转换器12，而且需配合波形查询存储表11才能达到功效，不仅会增加芯片的体积且电路设计也较复杂。
(3)发明内容
本发明的目的是提供一种直接数字式信号合成器，可用以产生任何相位及周期的输出波形，不需配合习知技术的波形查询存储表就可达到功效，可使达到缩小芯片的体积且电路设计简单。
为实现上述目的，本发明的直接数字式信号合成器，用以根据一输入频率及一时脉信号产生一输出波形，其特点是，包括：一控制码发生器，用以相应该输入频率及该时脉信号的控制产生一数字控制码；一数字模拟转换器，电连接于该控制码发生器，其是包含多个相差权值系数，用以将该多个权值系数配合该数字控制码进而产生一模拟波形；以及一滤波器，电连接于该数字模拟转换器，用以对该数字波形进行滤波，以使产生该输出波形。
根据上述构想，信号合成器中该控制码发生器可为一温控码发生器(thermometer code generator)。
根据上述构想，信号合成器中该数字控制码可为一温控码(thermometercode)。
根据上述构想，信号合成器中该数字模拟转换器可为一非线性数字模拟转换器。
根据上述构想，信号合成器中该数字模拟转换器可为一电流操控形式的数字模拟转换器(Current Steer type DAC)。
根据上述构想，信号合成器中该数字模拟转换器可为一电阻形式的数字模拟转换器(Resistor type DAC)。
根据上述构想，信号合成器中该滤波器可为一低通滤波器。
根据上述构想，信号合成器中该低通滤波器可为一反混叠低通滤波器(anti-alias low pass filter)。
根据上述构想，信号合成器中该输出波形是为一周期性波形。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
(4)附图说明
图1是习知直接数字式信号合成器的电路结构示意图。
图2是本发明直接数字式信号合成器的电路结构示意图。
图3(a)是本发明第一较佳实施例正弦波形地取样示意图。
图3(b)是本发明非线性数字模拟转换器配合温控码的结构示意图。
图3(c)是图3(b)内的切换电流单元。
(5)具体实施方式
本发明的直接数字式信号合成器，将可由以下的实施例说明而得到充份的了解，使得熟习本技艺的人士可据以完成，然而本发明并非限于下列实施例。
请参阅图2，其是本发明直接数字式信号合成器的电路结构示意图，本发明直接数字式信号合成器其构成的子系统可包含：一温控码发生器(thermometer code generator)20、一非线性数字模拟转换器(nolinear DAC)21及反混叠低通滤波器(anti-alias low pass filter)22，用以根据使用者设定的输入频率及时脉信号而产生一周期性的输出波形。
该温控码发生器20可相应该输入频率及该时脉信号的控制产生M+1位元的温控码(thermometer code)。
至于该非线性数字模拟转换器21电性连接于该控制码发生器20，可为一电流操控形式或是电阻形式的数字模拟转换器，其本身包含多个相差权值系数(difference weighted coefficient)，并将该多个权值系数配合该数字控制码而产生一模拟波形输出。最后将该模拟波形传送至该反混叠低通滤波器22进行滤波，就可依照该输入频率及时脉信号产生所需的输出波形。
关于非线性数字模拟转换器21所包含的多个相差权值系数的取得方式，以下列举产生周期性的正弦波形(sin)为第一较佳实施例提出说明，先将欲产生的周期性正弦波形以固定点作取样的方式取得各点的取样值S[n]，并配合一运算式D[n]＝ABS(S[n+1]-S[n])运算求得如下表一所述的各点的前后相差值D[n]。
表一
取样点 相位 SIN函数 前后差值-SIN 相差权值系数
n (度数) ：S[n] D[n]＝ABS(S[n+1]-S[n])
1 0 SIN(O)＝0 0.707 W3＝707
2 45 SIN(π/4)＝0.707 0.293 W4＝293
3 90 SIN(π/2)＝1 0.293 W4＝293
4 135 SIN(3π/4)＝0.707 0.707 W3＝707
5 180 SIN(π)＝0 0.707 W2＝707
6 225 SIN(5/4)＝-0.707 0.293 W1＝293
7 270 SIN(3/2)＝-1 0.293 W1＝293
8 315 SIN(7π/4)＝-0.707 0.707 W2＝707
9 360 SIN(2π)＝0
最后将所有前后相差值转换成相对比例值后就可获得关于该周期性波形的多个相差权值系数(Wi)(如下表二所述)
表二
相差权值系数 数值
w0 0
w1 293
w2 707
w3 707
w4 293
其中w0为直流输出的补偿系数
请参阅图3(c)，将相差权值系数(Wi)分别储存在非线性数字模拟转换器21电流源的金属氧化物半导体晶体管(MOS)的宽度/长度(W/L)尺寸的比例值，因此并不需要额外的波形查询存储表来储存欲产生的波形。
请在参阅图3(b)，其是本发明非线性数字模拟转换器配合温控码的结构示意图，其是由多个相差权值系数30及多组切换电流源开关31所构成。将该相差权值系数配合下表三的温控码(thermometer code)及一偏压Vbias或是电流源的参考电流I0即可使该非线性数字模拟转换器21产生一模拟波形。
表三
取样点 相位 DAC温控码 DAC的输出值
N (角度) D0 D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 1 0 0 (w0+w1+w2)*I0 1
2 45 1 1 1 1 0 (w0+w1+w2+w3)*I0 1.707
3 90 1 1 1 1 1 (w0+w1+w2+w3+w4)*I0 2
4 135 1 1 1 1 0 (w0+w1+w2+w3)*I0 1.707
5 180 1 1 1 0 0 (w0+w1+w2)*I0 1
6 225 1 1 0 0 0 (w0+w1)*I0 0.293
7 270 1 0 0 0 0 (w0)*I0 0
8 315 1 1 0 0 0 (w0+w1)*I0 0.293
9 360 1 1 1 0 0 (w0+w1+w2)*I0 1
最后在使用该反混叠低通滤波器22对该模拟波形进行滤波，就可产生平滑的正旋波形输出。
同理使用上述的方法及电路亦可获得如下表四的余弦波形(cos)
表四
取样点 相位 DAC温控码 DAC的输出波形
no (角度) D0 D1 D2 D3 D4
1 0 1 1 1 1 1 (w0+w1+w2+w3+w4))*I0 2
2 45 1 1 1 1 0 (w0+w1+w2+w3)*I0 1.707
3 90 1 1 1 0 0 (w0+w1+w2)*I0 1
4 135 1 1 0 0 0 (w0+w1)*I0 0.293
5 180 1 0 0 0 0 (w0)*I0 0
6 225 1 1 0 0 0 (w0+w1)*I0 0.293
7 270 1 1 1 0 0 (w0+w1+w2)*I0 1
8 315 1 1 1 1 0 (w0+w1+w2+w3)*I0 1.707
9 360 1 1 1 1 1 (w0+w1+w2+w3+w4)*I0 2
至于若所欲产生的波形改变则相差权值系数也会随着变化，只需调整电流操控形式的数字模拟转换器21电流源的金属氧化物半导体晶体管(MOS)的宽度/长度(W/L)尺寸的比例值，或是电阻形式的数字模拟转换器的电阻相对比例值即可达到实际的电路。
综合上面所述，本发明可用以产生任何相位及周期的输出波形，不需配合习知技术的波形查询存储表就可达到功效，并使用一种非线性及相差权值的数字模拟转换器，且使用前后差值产生的权值系数亦可减少电流(电阻)的相对大小，以减少实际完成时的相对误差，可达到缩小芯片的体积且电路设计简单。