用于生成正弦信号的∑‑Δ调制器制造技术

本发明专利技术公开用于生成正弦信号的∑‑Δ调制器。一种系统包括存储装置(104)，存储装置(104)包含机器指令(106)和过采样正弦信号的多个数字值(108)。系统还包括耦合到存储装置(104)的内核(102)。内核(102)被配置为执行机器指令(106)，其中，当执行机器指令(106)时，机器指令(106)使内核(102)实施Σ‑Δ调制器，该内核从存储装置(104)检索多个数字值(108)作为调制器的输入。Σ‑Δ调制器被配置计算输出位流(114)。系统还包括模拟滤波器(120)，其被配置为从内核(102)接收输出位流(114)并且对输出位流进行低通滤波以产生正弦输出信号(130)。

For sigma delta modulator to generate sine signal

The invention discloses a sigma delta modulator for generating sine signal. A system includes a storage device (104), a storage device (104) comprising a machine instruction (106) and a plurality of digital values (108) of oversampled sinusoidal signals. The system also includes a core (102) coupled to the memory device (104). The kernel (102) is configured to execute a machine instruction (106), of which, when executing machine instructions (106), (106) the kernel machine instruction (102) implementation of the sigma delta modulator, the kernel from the storage device (104) to retrieve a plurality of digital values (108) as the modulator input. Sigma delta modulator is configured to calculate the output bit stream (114). The system further includes an analog filter (120) configured to receive an output bit stream (114) from the kernel (102) and to filter the output bit stream to produce a sinusoidal output signal (130).

【技术实现步骤摘要】
用于生成正弦信号的∑-Δ调制器
技术介绍
一些应用要求以预定的精度水平使用正弦输入信号。例如，一些校准过程可能需要使用正弦输入作为基准信号以用于校准目的。一些微控制器可以能够产生或辅助产生期望的正弦信号。在一个示例中，微控制器以期望的频率生成50％占空比的脉冲串。然后脉冲串被低通滤波，以尝试滤除除期望的基本频率之外的所有谐波。然而，为了产生相对低频率的正弦曲线，谐波信号内容之间的频率间隔足够接近，以便需要相对高阶的低通滤波器。例如，如果期望7.8125Hz的正弦波，则7.8125的基本频率与三次谐波、五次谐波等之间的间隔仅为15.625Hz(7.8125Hz基本频率的两倍)。此外，各种谐波的振幅相当大，并且可能不会比基本频率的振幅小得多。由于期望的基本频率与不期望的最接近谐波(即，三次谐波和五次谐波)之间的频域中的紧密间隔，可能需要诸如八阶椭圆滤波器的更高阶滤波器来充分地恢复基本频率并产生期望的正弦波。使用此类高阶滤波器在电路板或衬底上的区域方面是昂贵的，并且增加了设备的功耗。附图说明针对各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：图1示出根据各种示例的被配置为实现Σ-Δ调制器以帮助产生正弦波的微控制器的实施例；图2示出根据各种示例的用于保存存储器的技术；图3示出根据各种示例的二阶Σ-Δ调制器的实施方式；图4示出根据各种实施例的微控制器的另一示例；以及图5示出根据各种示例的方法的流程图。具体实施方式贯穿以下说明书和权利要求书，某些术语被使用以指代特定的系统组件。如本领域技术人员将理解的，不同的公司可以通过不同的名称来指代组件。本文不打算在名称不同而不是功能不同的组件之间区分。在以下讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式方式被使用，并且因此应当被解释为意指“包括但不限于...”。此外，术语“耦合”或“耦连”旨在意指间接连接或直接有线连接或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，则该连接可以通过直接连接或通过经由其它装置和连接的间接连接。在至少一些实施例中，微控制器执行基于软件的Σ-Δ调制器以处理过采样正弦信号的数字值。术语过采样用于指示执行高于奈奎斯特定理(NyquistTheorem)所要求的最小值(minimum)的采样。正弦信号具有随后在微控制器的帮助下产生的频率。过采样量可以根据应用而改变。例如，正弦信号可以通过65,536的因子被过采样。也就是说，正弦信号的每个周期被采样65,536次－并且可以比奈奎斯特定理所要求的最小值高得多。为了产生期望的输出正弦信号，微控制器的内核执行Σ-Δ调制器代码。在一些实施例中，代码使内核实现二阶Σ-Δ调制器。Σ-Δ调制器的输入是表示过采样正弦信号的数字值。到调制器的每个输入数字值可以是表示在正弦信号的时间中的特定实例处的电压的多位值(例如，16位值)。Σ-Δ调制器的输出是1和0的位流。在接收和处理每个多位输入值之后，由调制器产生每个位。这样，对于期望输出正弦曲线的每个周期的输出位流的位的数量等于原始模拟输入信号的获取的样本的数量。位流通过微控制器被重复。来自微控制器的输出位流在期望的基本频率处具有大振幅峰值的频域上的特性。由于Σ-Δ调制器的输入是具有期望基本频率的正弦波，因此与方波相比，较高阶谐波的幅度减小。此外，围绕期望基本频率的热噪声和量化噪声被推向更高的频率。由于减少谐波和噪声(尤其是三次谐波和五次谐波)的幅度，可以使用较低阶的低通滤波器来对微控制器的位流输出进行滤波。在一些情况下，低通滤波器可以是四阶无源滤波器，尽管在其它实施例中，滤波器可以以不同的形式来实施。图1示出了包括耦合到模拟滤波器120的微控制器100的系统图。微控制器100包括耦合到存储装置104的内核102和输出驱动器110。微控制器100中也可以包括其它组件。存储装置104可以与内核102分离，或者可以被包括在内核内。存储装置104包括非暂时性存储装置，诸如易失性存储器(例如，随机存取存储器)和/或非易失性存储装置(例如，电可擦除只读存储器)。存储装置104包括Σ-Δ调制器代码106。该代码包括可以由内核102检索用于在其上执行的机器指令。本文所描述的功能中的一些或全部可以由内核102通过执行Σ-Δ调制器代码106来实现。对由Σ-Δ调制器代码106执行的操作的引用(reference)是指通过执行代码执行此类操作的内核102。在通过Σ-Δ调制器代码106执行之后，内核102生成输出位流，所述输出位流通过驱动器110和输出终端(例如，引脚)112被提供到模拟滤波器120。模拟滤波器120实施使较高阶谐波(例如，三次谐波和更高谐波)衰减的低通滤波器，从而使产生输出正弦曲线130(也称为正弦信号)的基本频率通过。输出正弦曲线130可以具有任何期望的频率。在一些情况下，输出正弦曲线130的期望频率小于或等于2KHz，并且在一些示例中，输出正弦曲线130的期望频率小于或等于250Hz，例如7.8125Hz、15.625Hz、31.25Hz、62.5Hz、125Hz或250Hz。附加的或不同的频率也是可能的。微控制器100被编程为能够生成输出位流114，该输出位流114在通过模拟滤波器120进行滤波时产生处于期望频率(例如，7.8125Hz、15.625Hz等)的输出正弦曲线130。编程过程包括过采样期望频率的正弦信号并将样本中的至少一些作为过采样正弦信号数据108存储在存储装置104中。因此过采样正弦信号数据108包括表示过采样正弦信号的采样电压的数字值。过采样正弦信号的频率是由微控制器100与模拟滤波器120合作产生的最终输出正弦曲线130的期望频率。采样频率大于奈奎斯特定理最小要求。例如，对于期望的7.8125Hz输出正弦曲线130，7.8125Hz信号可以以每7.8125Hz正弦曲线的周期65,536个样本的速率(即，每秒512K个样本)被过采样。在该示例中，7.8125Hz正弦曲线的一个周期的65,536个样本可以作为过采样正弦信号数据108被存储在存储装置104中。这样的数据可以在产生期间或者在稍后的日期和时间处但在微控制器将被用于产生输出正弦曲线130之前被存储在微控制器100中。在微控制器100的运行时间期间，内核执行Σ-Δ调制器代码106以实施Σ-Δ调制器。在一些实施例中，在代码106中实施的Σ-Δ调制器是二阶Σ-Δ调制器，但是在其它实施例中可以不同于二阶调制器。Σ-Δ调制器代码106使内核102从存储装置104检索过采样正弦信号数据108的数字值作为由代码执行的调制函数的输入。Σ-Δ调制器代码106使用过采样正弦信号数据108的数字值作为输入来计算输出位流。输出位流是1和0的特定系列，当被模拟滤波器120低通滤波时，所述输出位流产生期望频率(例如，7.8125Hz)的正弦波。在频域中，由Σ-Δ调制器代码106计算的位流在感兴趣的频率处具有基本频率。然而，相对于具有相同基本频率的方波，谐波的幅度被极大地抑制。调制器对单音正弦波进行噪声整形(noise-shape)以将功率推出到较高频率，从而放宽了具有较高阶滤波器的要求。结果，与具有标准方波相比而言，滤波器120更可能是简单的低阶滤波器，诸如无源四阶滤波器。在执行Σ-Δ调制器代码108之后，驱动器110从内核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其包括：存储装置，其包含机器指令和过采样正弦信号的多个数字值；内核，其耦合到所述存储装置并被配置为执行所述机器指令，其中，所述机器指令在被执行时使所述内核实施Σ‑Δ调制器，所述内核从所述存储装置检索所述多个数字值作为所述调制器的输入，其中由所述内核实施的所述Σ‑Δ调制器被配置为计算输出位流；以及模拟滤波器，其耦合到所述内核并被配置为从所述内核接收所述输出位流并且被配置为对所述输出位流进行低通滤波以产生正弦输出信号。

【技术特征摘要】
2016.03.17 US 15/072,8371.一种系统，其包括：存储装置，其包含机器指令和过采样正弦信号的多个数字值；内核，其耦合到所述存储装置并被配置为执行所述机器指令，其中，所述机器指令在被执行时使所述内核实施Σ-Δ调制器，所述内核从所述存储装置检索所述多个数字值作为所述调制器的输入，其中由所述内核实施的所述Σ-Δ调制器被配置为计算输出位流；以及模拟滤波器，其耦合到所述内核并被配置为从所述内核接收所述输出位流并且被配置为对所述输出位流进行低通滤波以产生正弦输出信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器指令使所述内核实施二阶Σ-Δ调制器。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述正弦输出信号具有小于或等于250Hz的频率，并且所述模拟滤波器是无源四阶模拟滤波器。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述过采样正弦信号的所述多个数字值仅包括对应于小于所述正弦信号的一个完整周期的数字值。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述过采样正弦信号的所述多个数字值仅包括对应于所述正弦信号的周期的四分之一的数字值。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器指令在被执行时使所述内核对所述过采样正弦信号数字值的数字值进行内插以用于输入到所述调制器。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述机器指令在被执行时使所述内核：实施所述Σ-Δ调制器以计算所述输出位流并将所述输出位流保存到所述存储装置；以及检索先前保存到所述存储装置的所述输出位流，并将检索的所述输出位流传输到所述模拟滤波器。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述机器指令在被执行时使所述内核将检索的所述输出位流重复地传输到所述模拟滤波器。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述机器指令在被执行时使所述内核将所述输出位流的位打包成字节以用于存储到所述存储装置中。10.根据权利要求7所述的系统，其中所述机器指令在被执行时使得所述内核在系统初始化期间确定所述正弦输出信号的频率并实施所述Σ-Δ调制器。11.一种微控制器，其包括：存储装置，其包含机器指令和过采样正弦信号的多个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·彼得森，J·朴，K·纳咖拉杰，T·威特，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US