本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理技術(shù)、微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直接數(shù)字頻率合成器。

背景技術(shù)：

直接數(shù)字頻率合成(DDS)是現(xiàn)代數(shù)字信號處理理論與微電子技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新型頻率合成技術(shù)。近些年在跳頻和擴(kuò)頻通信、線性調(diào)頻、多普勒響應(yīng)模擬等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并已成為雷達(dá)、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)中頻率合成的首選,是頻率合成的第三代方案。

DDS的工作原理是根據(jù)正弦函數(shù)的產(chǎn)生，從相位出發(fā)，由不同的相位給出不同的電壓幅度，即相位到正弦幅度變換，最后濾波，平滑輸出所需要的頻率。由于DDS采用了不同于傳統(tǒng)頻率合成方法的數(shù)字結(jié)構(gòu)，因而具備許多直接式和間接式頻率合成技術(shù)所不具備的特點(diǎn)。

DDS主要具有以下幾個突出優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)一，高頻率分辨率。若相位累加器的位數(shù)為N，則輸出頻率可以達(dá)到系統(tǒng)時鐘的2^N分之一，而目前的DDS芯片相位累加器位數(shù)達(dá)到48位，具有極高的頻率分辨率；優(yōu)點(diǎn)二，頻率切換速度快。DDS為一個開環(huán)系統(tǒng)，無反饋回路。因此其頻率切換時間僅取決于置碼控制時間和器件的響應(yīng)時間。目前DDS可通過多個寄存器預(yù)存頻率控制字，由控制碼選擇不同的頻點(diǎn)輸出，主要取決于器件的響應(yīng)時間，一般可達(dá)納秒量級；優(yōu)點(diǎn)三，相位連續(xù)特性。DDS輸出頻率的變化主要是通過控制相位累加的速率，在頻率捷變過程中，若不清除相位累計器，新的頻率信號相位直接累加到原信號相位上，保持了頻率捷變時的相位連續(xù)性。在許多應(yīng)用系統(tǒng)中，需要捷變頻信號的相位連續(xù)，以避免相位信息的丟失和出現(xiàn)離散頻率分量，這在其它的頻率合成方法中很難實(shí)現(xiàn)。

但是傳統(tǒng)DDS的結(jié)構(gòu)也決定了其不可避免的缺陷：缺陷一，雜散指標(biāo)較難提高。由于目前器件工藝和制作成本的限制，往往會將相位累加器中的相位進(jìn)行截位，以節(jié)約ROM容量。幅度量化也存在誤差，DAC無法完全線性化。這些均會帶來不同程度的雜散，分布在信號頻率近端時是較難通過濾波器進(jìn)行抑制；缺陷二，最高輸出頻率受DAC速率限制。

綜上，DDS雖具有很多優(yōu)勢，但也固有一些局限性,工程上往往結(jié)合鎖相環(huán)的混合式頻率合成技術(shù)進(jìn)行互補(bǔ)，但在系統(tǒng)輸出帶寬較寬時，雜散指標(biāo)更易惡化，影響系統(tǒng)性能。本發(fā)明則是采用了并行開環(huán)補(bǔ)償方式對相位截斷誤差和幅度量化誤差進(jìn)行線性和非線性補(bǔ)償，不會影響DDS的頻率切換時間等優(yōu)點(diǎn)，可以進(jìn)一步降低DDS的輸出雜散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種可以并行開環(huán)補(bǔ)償式的直接數(shù)字頻率合成器，補(bǔ)償系數(shù)可以根據(jù)輸出頻率自適應(yīng)調(diào)整，進(jìn)一步降低DDS的輸出雜散。

本發(fā)明的實(shí)施例提供的補(bǔ)償式直接數(shù)字頻率合成器結(jié)構(gòu)和補(bǔ)償方法，除了包括傳統(tǒng)DDS中的相位累加器、正弦查找表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器外，還包括：

相位累加器，正弦查找表，相位累加寄存器；相位截斷補(bǔ)償系數(shù)計算器；延時對齊單元1；相位截斷補(bǔ)償器；正弦查找誤差表；加法器；延時對齊單元2；幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)計算器；延時對齊單元3；幅度量化誤差補(bǔ)償器采用同一時鐘頻率，第n個時鐘周期，對應(yīng)第n組數(shù)據(jù)，其中n=0，1，2，…。n=0時為初始數(shù)據(jù)，除特殊要求外所有初始數(shù)據(jù)為0。

相位累加器的數(shù)據(jù)位數(shù)為N位，則相位累加寄存器的存儲位數(shù)也是N位，其每一個時鐘輸出的N位數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)信號X[n]，相位累加器的高P位作為正弦查找表ROM和正弦查找誤差表ROM的尋址地址。相位累加器的低N-P位，即所述的兩個ROM尋址地址截斷的低N-P位數(shù)據(jù)，作為相位截斷的誤差信號e[n]。

相位截斷補(bǔ)償系數(shù)計算器，根據(jù)相位累加寄存器的標(biāo)準(zhǔn)信號X[n]和相位截斷的誤差信號e[n]計算相位截斷補(bǔ)償器的系數(shù)C_k[n]，(k=1,2,3,…)。

延時對齊單元1，用于延時正弦查找表輸出的第二數(shù)據(jù)流，使得經(jīng)過延時后的數(shù)據(jù)D[n]與相位截斷補(bǔ)償系數(shù)C_k[n]對齊，其延時量等于相位截斷補(bǔ)償系數(shù)計算器所產(chǎn)生的時延量，為時鐘周期的整數(shù)倍。

相位截斷補(bǔ)償器，根據(jù)所述計算的相位截斷補(bǔ)償系數(shù)C_k[n]對延時對齊后的第二數(shù)據(jù)流進(jìn)行線性和非線性補(bǔ)償。

正弦查找誤差表ROM，工作頻率和存儲容量與正弦查找表ROM完全一樣，但每個存儲單元存儲了對應(yīng)幅度值的量化誤差e^’[n]。

加法器，將正弦查找表ROM和正弦查找誤差表ROM相同地址單元的數(shù)據(jù)累加得到第三數(shù)據(jù)流，即幅度量化前的標(biāo)準(zhǔn)信號。

延時對齊單元2，用于對齊幅度量化誤差e^’[n]與幅度量化前的標(biāo)準(zhǔn)信號X^’[n]，其延時量等于加法器計算第三數(shù)據(jù)流所需的時鐘數(shù)，第三數(shù)據(jù)流經(jīng)過延時后得出幅度量化前的標(biāo)準(zhǔn)信號X^’[n]。

幅度量化補(bǔ)償系數(shù)計算器，根據(jù)延時對齊后的第三數(shù)據(jù)流X^’[n]與量化誤差e^’[n]計算得出幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)。

延時對齊單元3，用于對齊相位截斷補(bǔ)償器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流與幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)；其延時量等于延時對齊單元1延時量加相位截斷補(bǔ)償器產(chǎn)生的延時量再減去延時對齊單元2的延時量。使得C^’_k[n]與相位截斷補(bǔ)償器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)D^’[n]對齊。

幅度量化誤差補(bǔ)償器，根據(jù)延時對齊后的幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)C^’_k[n]，(k=1，2，3，…)，對相位截斷補(bǔ)償器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行線性和非線性補(bǔ)償，最后將補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)D^’’[n]輸送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)直接數(shù)字頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例補(bǔ)償式直接數(shù)字頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計的相位累加寄存器產(chǎn)生相位截斷前的標(biāo)準(zhǔn)信號X[n]和相位截斷后的誤差信號e[n]示意圖。

圖4為幅度量化誤差示意圖。

【主要元件符號說明】101—相位累加寄存器R；102—相位截斷補(bǔ)償系數(shù)計算器；103—延時對齊單元1；104—相位截斷補(bǔ)償器；105—正弦查找誤差表ROM；106—加法器；107—延時對齊單元2；108—幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)計算器；109—延時對齊單元3；110—幅度量化誤差補(bǔ)償器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)直接數(shù)字頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例補(bǔ)償式直接數(shù)字頻率合成器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中虛線框內(nèi)為本發(fā)明實(shí)施例新增模塊。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計的相位累加寄存器R，其共有N比特數(shù)據(jù)，整個N比特數(shù)據(jù)為產(chǎn)生相位截斷前的標(biāo)準(zhǔn)信號X[n]，高P位數(shù)據(jù)為正弦查找表ROM和正弦誤差查找表ROM的尋址地址，低N-P位數(shù)據(jù)為相位截斷后的誤差信號e[n]。

相位截斷補(bǔ)償系數(shù)計算器計算公式為：C_k[n]=C_k[n-1]+u_k×|X[n-1]|^k×e[n-1]。其中C_k[n]為第n個時鐘第k階相位截斷補(bǔ)償系數(shù)，C_k[n-1]為第n-1個時鐘第k階相位截斷補(bǔ)償系數(shù)，u_k為補(bǔ)償系數(shù)更新的步長，X[n-1]為第n-1個時鐘的相位累加寄存器的標(biāo)準(zhǔn)信號，e[n-1]為第n-1個時鐘的相位累加寄存器的誤差數(shù)據(jù)，k=1，2，3，…。一階相位截斷補(bǔ)償系數(shù)的初始值C₁[0] 為1，一階相位截斷補(bǔ)償系數(shù)外的系數(shù)為0。

相位截斷補(bǔ)償系數(shù)階數(shù)根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)而定，如果要求相位截斷雜散越低，則要求系數(shù)階數(shù)越高，但需要的運(yùn)算資源也越高，可以在系統(tǒng)指標(biāo)和運(yùn)算資源中平衡。

延時對齊單元1主要是使正弦查找表ROM輸出的數(shù)據(jù)延時量等于相位截斷補(bǔ)償系數(shù)計算器所產(chǎn)生的延時，所得相位截斷補(bǔ)償系數(shù)C_k[n]恰好作用在正弦查找表ROM中的第n 組數(shù)據(jù)上。

相位截斷補(bǔ)償器對正弦查找表ROM輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過延時對齊單元1對齊后得到的第n組數(shù)據(jù)D[n]進(jìn)行線性和非線性補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)墓綖椋篋^’[n]=C₁[n]×D[n]+C₂[n]×|D[n]|²+C₃[n]×|D[n] |³+…，其中第一項(xiàng)為線性補(bǔ)償，其它項(xiàng)為非線性補(bǔ)償。

圖4為幅度量化誤差示意圖。幅度量化誤差，為對應(yīng)每個相位在正弦查找表ROM中的幅度減去對應(yīng)每個相位標(biāo)準(zhǔn)的正弦幅度值；這些值可以根據(jù)兩個查找表存儲容量事先計算好并存儲在幅度量化誤差表中，第n個時鐘幅度量化誤差用e^’[n]表示。

加法器將相同地址單元的正弦查找表ROM和正弦查找誤差表ROM數(shù)據(jù)相加近似得到幅度量化前的標(biāo)準(zhǔn)信號，第n個時鐘幅度量化標(biāo)準(zhǔn)信號用x^’[n]表示。但由于加法器存在延時，故在加法器后加了一個延時對齊單元2，用于對齊幅度量化前的標(biāo)準(zhǔn)信號x^’[n]和誤差信號e^’[n]。

幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)計算器計算公式為：C^’_k[n]=C^’_k[n-1]+u^’_k×|X^’[n-1]|^k×e^’[n-1]，其中C^’_k[n]為第n個時鐘第k階幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)，C^’_k[n-1]為第n-1個時鐘第k階幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)，u^’_k為補(bǔ)償系數(shù)更新的步長，X^’[n-1]為第n-1個時鐘的幅度量化前的標(biāo)準(zhǔn)信號，e^’[n-1] ]為第n-1個時鐘的幅度量化誤差數(shù)據(jù)，k=1,2,3,…。一階幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)的初始值C^’₁[0] 為1，一階度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)外的系數(shù)為0。

延時對齊單元3用于延時幅度量化誤差補(bǔ)償系數(shù)，其延時量等于延時對齊單元1延時量加相位截斷補(bǔ)償器產(chǎn)生的延時量再減去延時對齊單元2的延時量。使得C^’_k[n]與相位截斷補(bǔ)償器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)D^’[n]對齊。

幅度量化誤差補(bǔ)償器對相位截斷補(bǔ)償器輸出的數(shù)據(jù)D^’[n]進(jìn)行線性和非線性補(bǔ)償，補(bǔ)償公式為：D^’’[n]=C^’₁[n]×D^’[n]+C^’₂[n]×|D^’[n]|²+C^’₃[n]×|D^’[n]|³+…，其中第一項(xiàng)為線性補(bǔ)償，其它項(xiàng)為非線性補(bǔ)償；最后將W位數(shù)據(jù)D^’’[n]輸送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種適宜于大規(guī)模集成的并行開環(huán)補(bǔ)償式直接數(shù)字頻率合成器解決方案。該方案充分利用傳統(tǒng)DDS中已有模塊，新增了一些簡單模塊產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號和誤差信號，以一種有效的方式計算補(bǔ)償系數(shù)，并對正弦查找表和數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位截斷補(bǔ)償和幅度量化誤差補(bǔ)償，進(jìn)一步降低了DDS的輸出雜散。

以上所述的具體實(shí)施例，所應(yīng)理解的是，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均在包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。