将数字信号乘以周期信号的高速乘法器制造技术

一种数字乘法电路，用于将一个数字信号ＳＮ乘以一个原则上是正弦波的周期性波形。该电路用一个相位数字发生器产生以锯齿波形变化的相位φ，该电路使用通过对每一个相位值的２的正整数次幂的代数和作函数Ｋｓｉｎｅφ的抽样的近似，及一个路由电路在一解码器的控制下执行乘以２的幂的运算。一个或两个加法器获得２的幂之和。得到ＳＮ．Ｋ．Ｓｉｎｅφ乘积的近似结果。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能被用于将一个第一数字信号乘以一个周期波形的数字抽样的数字乘法器，该周期波形的变化通常是正弦曲线。对本专利技术的解释将参考在一个使用GPS(全球定位系统)或GLONASS(全球轨道导航卫星系统)的卫星信号的定位接收器中的准确应用而给出。然而，可以理解这里建议的高速乘法方法及实现此方法的乘法器也适用于目的是将一个数字信号乘以一个周期信号的数字抽样的其它情况。GPS或GLONASS接收器是可以接收来自环绕地球的在轨卫星群中的几个卫星的射频信号的机器。这些接收器能够根据这些信号计算每个接收器的精确位置，有可能还有其速度和绝对时间。在GPS或GLONASS中，这些射频信号包括一个在固定频率被二进制伪随机码和其它数字数据作了相位调制的载波。这些卫星的发送功率值很低，而该伪随机码用于改善在噪声中对信号的检测，该噪声具有的电平比该信号的高得多。在接收端，该接收信号，即伪随机码的载波与该接收器中本地产生的一恒定码相关联。在最近设计的接收器中，用于执行此关联的信号处理操作全部是数字的。因此，从卫星接收的信号在将其载波频率变换到一个低到为能进行数字化的值以后被数字化，然后进行相关联。现在，为了考虑诸如首先多普勒效应、其次信号的传播持续时间等现象，该相关联要求一个相位和频率伺服控制环路。此环路形成了该信号数字处理电路的一部分。在该伺服环路中，数字信号可能还要经过一次纯粹数字形式的频率变换，即该信号(由在少数几位上的编码的规则抽样表示)乘以一个正弦(数字化的)波形。相乘后的结果是一个带有仍然表示通过伪随机码进行的初始调制的变换了的载波的数字信号。正是此信号将经过一次与恒等的但由本地发生器产生的伪随机码的相关联。在此数字伺服控制环路中，一个数字正弦信号通常不是直接获得的。为获得之，使用了一个相位数字控制振荡器。此振荡器给出一个周期数字相位，其在O和2π弧度之间以线性锯齿形变化。为将其数字锯齿形变换成一个正弦信号，使用了一个正弦或余弦表(通常为得到相位正交信号两个都需要)。此类表由一只读存储器组成，该只读存储器在其每个地址精确地包含该地址的数字值的正弦(或对余弦表为余弦)。比如相位被用作4位上的一个地址，以使在存储器在收到一个地址时给出正弦(Sine)。该正弦数字信号Sine然后在一个标准二进制乘法器中和来自卫星的数字信号相乘。当结果的计算率为高时，此方法就会遇到物理限制。象只读存储器一样，乘法器也是阻碍的因素。而且，它们是昂贵的电路元件，因为如果数字信号的位数大了的话，它们就会在一个集成电路芯片上占据很多的空间。为了克服此限制，本专利技术设计了一种创新的乘法方法及一种将一个第一数字信号乘一个数字化的周期波形的相应乘法器的新颖结构。本专利技术基于下述观察在诸如上述的应用中，乘法的结果可以被定义成一系数K的最接近的值乘法真正目的在于作频率转换或数字信号由一个波形调制。在该情况下，在执行的相乘的连续运算期间，在期望的精度的限定内，此系数是恒定的，该相乘就被执行至与提供的该系数最接近的值。根据本专利技术的此方法包括利用了一个能够以锯齿形周期性变化的数字相位，以及包括将此相位应用到一个解码器的输入，该解码器利用一个由N个Ksine2iπ/N的N个近似整数值Ai组成的表作为解码函数，i是一个范围从0至N-1的指数，而K是对所有的指数i都恒定的任何一个数，近似整数值Ai是一个或多个被指定一符号的2的正整数次幂的代数和。于是对每一个与相位2iπ/N相应的指数i而言将数字信号SN乘以一个正弦波形的乘法简单地是在解码器的控制下用形成数字Ai的2的各次幂乘该信号SN，以及是获取如此被乘的信号的一代数和，从而形成一数字值，所形成的数字值是SN和近似值Ai的乘积。至少对于i的某些值来说，代数和Ai意味着2的几个不同次幂之和。在相加之前乘以2的一幂基本上是将该数字信号相对于以后累加和的一个加数器的输入向更高阶值移动一或更多阶，以及将较无效的值置0。该符号的变更是取其补数并加1。以下将对本方法的理由和优点作出解释，但已经可以看出这样执行的乘法所用的只有一个非常简单的解码和路由电路和数目非常少的加法器(它们中的一或两个)。此电路可以高速工作。使用本方法，本专利技术因此设计了一种用于以正弦波形乘数字值SN的周期乘法的数字乘法电路，其中所述电路包括-一种产生以锯齿波形变化的周期数字相位的装置-一个接收该相位并产生与相位的任何一个2iπ/N的值相应的被指定一符号的一个或多个2的正整数次幂的解码器，其中i是一个由0变到N-1的指数，这些2的正整数次幂的代数和为数Ai，该数Ai是Ksine2iπ/N的一个近似值，K值对所有Ai的值都相同，-路由装置，当解码器收到了一个相位2iπ/N时其由解码器激活，自信号SN给出一个或多个信号SNij，信号SNij代表乘以一个被指定一符号并在和Ai中所用的2的幂次的信号SN，-由解码器激活的加法装置，能够当解码器收到了一个相位2iπ/N时接收并相加由路由装置给出的信号SNij，-电路，在其一个输出端给出信号SN.Ai，该信号代表了信号乘以是正弦波形KSine的近似值的一波形的乘积。N最好大于或等于12，而若相位以2进制模式在P个位上编码的话，N则等于2P。至少Ai的某些值是通过对2的几个不同次幂求和获得的。所选的K最好对于加法器中所用的2的幂的数目足够低以至于等于少数几个单位的最大值(如3或4)，而对于为一个具体相位而执行加法的数目，如果可能K最好被限制在2，例外情况下限制于3。当该相位被在4个位上编码并在一个周期内包含N＝24个抽样时，K最好等于13或8。由此得到的和Ai应被看至更低。当在一个周期内相位取12个值时，K最好等于7。在一条边界线的情况下，每个周期也取12个抽样，K可以等于3，而且在这种情况下，如将可以看到的，该正弦波形由一个三角波来近似。将会理解，通过扩展，本专利技术可被用于一个数字信号乘以一个非正弦周期波形F()的乘法。而不是通过2的幂的简单代数和来寻找正弦波形Ksine的近似，寻找对能通过2的幂的简单代数和来实现对函数K.F()的近似的K值。在此还有，运算将开始于带有由数字发生器发生的周期锯齿波形的相位，每个周期有N个相位抽样i。当一个周期内不同相位的值的数目N较大时，且当数字信号SN在几个位上编码时，本专利技术特别有价值。本专利技术的其它特点和优点将通过以下参考附图作出的详细描述而显而易见，其中-附图说明图1显示了根据本专利技术的乘法电路的原理；-图2显示了一个简单的示例性实施例；-图3显示了图2的一部分的另一实施例；-图4显示了在一个具体应用中的锯齿相位发生器；-图5显示了在一个卫星信号接收器的相位数字伺服控制环路中的该乘法器的一个应用。将首先通过一个恰当的实例讲述带来本专利技术所设计的结构的原理背后的原因。本专利技术开始于一个传送以线性锯齿波形周期变化的相位的数字相位发生器，并且本专利技术目的是获取一个数字信号乘以相位为的正弦波的乘积。本例基于在P＝4个位上被编码的相位的情形；N＝24＝16，即该正弦波形由相距π/8的16个点所定义。因而该相位连续地取值＝2iπ/8，i是由1变至N-1的一个指数。本专利技术基于如下的观察可能对于每个相位值，即对每个指数i，写一些揭示出一个值Ksine的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于利用以锯齿形周期变化的数字相位φ将一个数字信号ＳＮ乘以一个正弦波形的乘法，其中所述方法包括以下操作：－将此相位加到一个解码器的输入，该解码器使用Ｎ个Ｋｓｉｎｅ２ｉπ／Ｎ的Ｎ个近似整数值Ａｉ的一张表作为解码函数，ｉ是一个由０ 至Ｎ－１的指数，Ｋ是对于所有指数ｉ都恒定的任何值，近似整数值Ａｉ是带符号的一个或多个２的正整数次幂的代数和，这些值中至少有一些是２的几个不同次幂的和，－在解码器的控制下，对每一个与相位２ｉπ／Ｎ相应的指数ｉ，将数字信号ＳＮ乘以形成数Ａｉ 的２的各次幂，－以及获取如此相乘的信号的代数和以形成一个数字值，该数字值是ＳＮ和近似值Ａｉ的乘积。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰勒纳尔，
申请(专利权)人：塞克斯丹航空电子公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]