專利名稱：在合成器內(nèi)增加頻率分辨率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是頻率合成器，更具體的是涉及采用分?jǐn)?shù)化提高頻率分辨率的直接數(shù)字合成器。
隨著無(wú)線電話系統(tǒng)在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送器內(nèi)逐步使用而取代聲音-類型數(shù)據(jù)傳送器，直接數(shù)字合成是轉(zhuǎn)換模擬技術(shù)到數(shù)字技術(shù)理想的適合作法，在直接數(shù)字合成器(DDS)內(nèi)，表示預(yù)定順序的公知的非返回到另(NRZ)的數(shù)據(jù)流被輸入到產(chǎn)生對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)的DDS調(diào)制器，模擬信號(hào)可以是被調(diào)制的或是沒有被調(diào)制的，這取決于NRZ數(shù)據(jù)流的表達(dá)方式。
DDS是理想的并且非常適合在數(shù)據(jù)無(wú)線電話系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)內(nèi)使用，這些發(fā)射機(jī)和典型的模擬對(duì)應(yīng)部分相比一般要求高穩(wěn)定性和增加的頻率精確度，典型直角相位調(diào)制信號(hào)的再現(xiàn)性在數(shù)字無(wú)線電話系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)內(nèi)也是個(gè)問(wèn)題。使用模擬一對(duì)-模擬合成器典型地導(dǎo)致了象DC偏移這類事情所需要的各種調(diào)整和輸入模擬信號(hào)幅度調(diào)整，在數(shù)字無(wú)線電話系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)內(nèi)使用DDS調(diào)制器，穩(wěn)定性和再現(xiàn)性的要求是在DDS調(diào)制器本身內(nèi)所固有的。
由于要求寬頻率復(fù)蓋范圍和細(xì)微的頻率分辨率，在DDS調(diào)制器內(nèi)典型使用的相位累加器一般要求是相當(dāng)長(zhǎng)，提出上述要求是由于使用多位二進(jìn)制位去實(shí)現(xiàn)數(shù)字無(wú)線電話系統(tǒng)所要求的細(xì)微頻率分辨率的事實(shí)，大相位累加器傾向于使發(fā)射機(jī)電路復(fù)雜化，近而使其造價(jià)變得非常昂貴，因而要考慮單獨(dú)用的部件最少以確保在整個(gè)無(wú)線電話系統(tǒng)內(nèi)使用共同部件，就必須對(duì)所使用部件的類型和質(zhì)量進(jìn)行工程上的折衷。
因此，這就要求直接數(shù)字合成器增加有效頻率分辨率而不增加相位累加器的長(zhǎng)度，這使得DDS的硬件簡(jiǎn)單和頻率調(diào)制較容易實(shí)現(xiàn)。
頻率合成器增加了模擬輸出信號(hào)的頻率分辨率，在數(shù)字信號(hào)的控制下模擬輸出信號(hào)被合成的，頻率合成器提供了在第一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔A的第一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)和在第二個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔B的第二個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)，和對(duì)第一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)和第二數(shù)字輸入信號(hào)產(chǎn)生的加權(quán)平均，從而產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)。


圖1一般描述了使用本發(fā)明的數(shù)字無(wú)線電話發(fā)射機(jī)。
圖2一般圖示性地給出使用本發(fā)明的直接數(shù)字合成器(DDS)。
圖3一般描述了使用本發(fā)明的DDS調(diào)制器。
圖1一般地描述了使用本發(fā)明的數(shù)字無(wú)線電話發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)100由控制器105組成，該控制器實(shí)質(zhì)上由外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分配給在發(fā)射機(jī)100內(nèi)的其它適當(dāng)?shù)牟糠?，控制?05可以是微處理器，例如Motorola6800和也可以包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，例如Motorola68030，近而，從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)的控制器105分配非返回到零數(shù)據(jù)(NRZ)100到DDZ調(diào)制器115，非返回到零(NRZ)數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)上表示了發(fā)射機(jī)100從外部設(shè)備接收的表示聲音的數(shù)據(jù)并且要求傳送給用戶，DDS調(diào)制器115接收NRZ數(shù)據(jù)和產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)，該信號(hào)輸入到實(shí)質(zhì)上是低頻功率放大器的主控振蕩器120，控制器105根據(jù)所需要的輸出控制主控振蕩器120，功率放大器125，從主控振蕩器120里接收它的輸出和放大無(wú)線電頻率(RF)信號(hào)，并把該信號(hào)輸出到典型天線130上。
圖2一般地描述了依本發(fā)明完成的直接數(shù)字合成器(DDS)，DDS具有輸入為P-二進(jìn)制位(P-bit)的字，該字表示相位增加/頻率字并被稱為IFR200，IRF200被輸入到相位累加器210，由FCLK205給出的時(shí)鐘頻率作為累加器的另一個(gè)輸入，在最佳實(shí)施例中，P是16-bit(比特)長(zhǎng)的字和FCLK205是35.1MHZ，相位累加器210接收16-bit(比特)長(zhǎng)字IFR200，那里輸入是被置入到P-bit(比特)寄存器225中，同樣，在最佳實(shí)施例中P也是16，時(shí)鐘信號(hào)FCLK205按其時(shí)鐘節(jié)拍將信號(hào)IFR200送入寄存器225，該寄存器輸出信號(hào)IFR200進(jìn)入慣性的加法器230，以這樣的方式，對(duì)應(yīng)IFR200的整數(shù)值所需的相位被相位累加器210產(chǎn)生，相位累加器210的輸出是16-bit(比特)相位字，它被輸入到相位-幅度轉(zhuǎn)換器215，相位-幅度轉(zhuǎn)換器215，實(shí)質(zhì)上是完成相位字正弦的轉(zhuǎn)換器，相位-幅度轉(zhuǎn)換器215，在最佳實(shí)施例中是典型的ROM，它存儲(chǔ)一個(gè)按相應(yīng)的相位字輸入而產(chǎn)生一個(gè)預(yù)先規(guī)定的幅度輸出的查詢表，所需描述信號(hào)預(yù)先規(guī)定的幅度輸出然后輸入到將幅度輸出變?yōu)槟M信號(hào)輸出的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器220，它把幅度輸出變?yōu)槟M輸出。
由于時(shí)鐘信號(hào)FCLK205和在相位累加器210中寄存器225的長(zhǎng)度，在圖2中所示的DDS具有有限的分辨率，考慮到該點(diǎn)，DDS所能達(dá)到的最小相位分辨率是φRES＝2Ⅱ/2p半徑DDS所能達(dá)到的最小頻率步驟是FRES＝FCLK/2pHz由于FCLK是所能實(shí)現(xiàn)的最大頻率和2p是使用P-bit相位增加/頻率字所能完成的最大整數(shù)值，這是以直覺可以理解其意，相位累加器210的增值由下式給出△φ＝φRES×IFR由于IFR200再一次是被加到相位累加器210輸入的相位增加/頻率字，使用在手邊的方程式，DDS的輸出頻率由下式給出FDDS＝△φ/△T＝(IFR)(FRES)＝(FCLK)(IFR/2p)Hz從這些結(jié)果可以明顯看出，在固定FCLK205時(shí)，增加在相位增加/頻率IFR200的畢特位數(shù)僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)增加頻率分辨率。
通過(guò)在兩個(gè)接近的狀態(tài)之間變化IFR200的值本發(fā)明克服了上述的限制，這就產(chǎn)生了平均DDS輸出頻率，該頻率具有此分?jǐn)?shù)部分的有效的IFR值，這個(gè)分?jǐn)?shù)過(guò)程能描述如下，假定該分?jǐn)?shù)受某些恒定的比率F控制，它是FCLK的任意整數(shù)除數(shù)和<FCLK/Z選取FFRACT(分?jǐn)?shù))<FCLK/Z以確保對(duì)于那個(gè)分?jǐn)?shù)間隔至少有IFR或IFR+1值的累加，該分式間隔由下式給出TFRACT＝1/FFRACT近而，定義IFRACT＝IFR+N/D這里I是分?jǐn)?shù)頻率字的整數(shù)部分，并且N和D分別是分?jǐn)?shù)的分子和分母，頻率分辨率通過(guò)D因數(shù)增加的，并由下式給出FRES＝FCLK/(DX2p)Hz這分?jǐn)?shù)過(guò)程是由通過(guò)組成D分?jǐn)?shù)間隔的分?jǐn)?shù)周期的循環(huán)而實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)周期里，IFR對(duì)N分?jǐn)?shù)間隔而置成I+1而為留下的D-N間隔而置成I。
為分?jǐn)?shù)間隔IFR加權(quán)的概念最好通過(guò)實(shí)施例來(lái)解釋，假定模擬輸出信號(hào)要求是7.200000MHz±2Hz基于最佳實(shí)施例的參數(shù)，即P＝16和FCLK＝35.1MHz，IFR＝13443的最佳值，這就產(chǎn)生如下輸出頻率FDDS＝(FCLK)(IFR/2p)Hz＝7.199849MHz為了實(shí)現(xiàn)所需要的頻率精度，使用下述參數(shù)IFR＝13443，N＝72和D＝256實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)化，這IFRACT＝13443+(72/256)＝13443.28125和FDDS＝(FCLK)(IFRACT/2p)Hz＝7.1999996Hz這里示出的頻率誤差僅為0.4HZ，IFRACT實(shí)質(zhì)上IFR和IFR+1的加權(quán)平均，這里IFR是加到相位累加器210的256個(gè)可能周期的72個(gè)和IFR+1是被加到剩余的184周期，由此可見，采用分?jǐn)?shù)化技術(shù)，顯著地提高了DDS的頻率分辨率。
由于IFR的整數(shù)值表示了在相位累加器210內(nèi)累加相位的比率，有意義的是，IFR+1將累加相位比IFR快，在數(shù)字無(wú)線電話系統(tǒng)里，使用相位臨界調(diào)制技術(shù)例如高斯最小化移位鍵(Gaussian Minimum Shift-Keying(GMSK)技術(shù)或等同替換，累加的相位誤差必須被計(jì)算并且最小化，如果所有IFR狀態(tài)被首先送到相位累加器210，在累加器210的輸出中就會(huì)產(chǎn)生大的累加相位誤差，同樣，如果剩下IFR+1被送到累加器210，累加的相位誤差能減少，但再加到IFR+1狀態(tài)結(jié)束時(shí)而繼續(xù)增加，使用上述增加頻率分辨率的技術(shù)，超過(guò)分?jǐn)?shù)周期累加的相位誤差峰值能夠用選取分配IFR和IFR+1加以最小化。
圖3描述了依本發(fā)明在DDS調(diào)制器內(nèi)完成DDS，在最佳實(shí)施例的NRZ數(shù)據(jù)是速率270.8333KHz，選入調(diào)制控制框305，調(diào)制控制框305包括微機(jī)，例如Motorola6800，和在最佳實(shí)施例中通常使用的ROM，在調(diào)制控制框305內(nèi)的微機(jī)中運(yùn)行的軟件使累加相位誤差最小化，回憶FFRACT要求是FCLK的整除數(shù)和<FCLK/z，選取FFRACT是NRZ數(shù)據(jù)數(shù)率的8倍或270.8333KHz，造成FFRACT＝2.1666MHz，在第一個(gè)TFRACT周期內(nèi)從IFR起始狀態(tài)來(lái)完成最小化的，該周期在最佳實(shí)施例中是1/FFRACT或?yàn)?.462μs，當(dāng)大于分?jǐn)?shù)周期的累加相位誤差已經(jīng)超過(guò)φRES×(FCLK/FFRACT)°該誤差在最佳實(shí)施例中是0.0879°時(shí)增加的IFR到IFR+1，這就有分配IFR和IFR+1狀態(tài)盡可能偶數(shù)超過(guò)分?jǐn)?shù)周期的效果，使用上述例子的值，采用IFR狀態(tài)的相位誤差可在每個(gè)TFRACT基礎(chǔ)上計(jì)算φERROR＝[(FDESRED-(FRESIFR)](TFRACT)(360)°或?yàn)棣誆RROR＝[(7.2MHz-(535.58Hz×IFR)](0.1663ms)°對(duì)于IFR+1的結(jié)果為φERRORIFR＝0.0251°對(duì)于IFR+1的結(jié)果為φERRORIFR+1＝0.0640°通過(guò)在第一個(gè)TFRACT間隔期間加IFR狀態(tài)到累加器210處理過(guò)程開始，這就產(chǎn)生了少于0.0879°的0.0251°的累加相位誤差，而在第二個(gè)TFRACT間隔IFR狀態(tài)期間將施加到累加器210，該處理過(guò)程重復(fù)直到累加相位誤差大于0.0879°的界限，在第4個(gè)TFRACT間隔后出現(xiàn)這種情況，在第4個(gè)TFRACT間隔后，累積相位誤差是0.1004°，在第5個(gè)分?jǐn)?shù)周期間隔將送出IFR+1狀態(tài)，第5個(gè)TFRACT間隔的相位誤差是-0.0640°而通過(guò)減第五個(gè)TFRACT間隔的φERROR IFR+1累加相位誤差從0.1004°減少到0.0364°，由于累加相位誤差現(xiàn)在低于0.0879°界限，在第6個(gè)TFRACT間隔IFR狀態(tài)將再次施加到累加器，最小化處理過(guò)程重復(fù)直到所有的IFR和IFR+1狀態(tài)被施加到累加器。
最小化累加相位誤差的技術(shù)也可以使用IFR和IFR-1狀態(tài)或任何完成等效結(jié)果的狀態(tài)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，在上述的實(shí)施例中沒有使用調(diào)制，由于唯一的差別是NRZ數(shù)據(jù)流，如果需要調(diào)制就會(huì)增加頻率分辨率，以這樣的方式，頻率分辨率增加了而不需要在相位累加器210內(nèi)加長(zhǎng)寄存器或者更換用作參考源的時(shí)鐘頻率FCLK205該技術(shù)在分?jǐn)?shù)處理過(guò)程中允許最小化累加相位誤差，這反過(guò)來(lái)產(chǎn)生了更精確地調(diào)制。
權(quán)利要求
1.具有增加模擬輸出信號(hào)頻率分辨率，并且在數(shù)字控制信號(hào)的控制下合成模擬輸出信號(hào)的頻率合成器，其特征是在第一預(yù)定的時(shí)間間隔A提供第一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)和在第二個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔B提供第二個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)的裝置和與所說(shuō)的提供裝置相耦合對(duì)第一數(shù)字輸入信號(hào)和第二數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行加權(quán)平均以產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)的裝置，
2.權(quán)利要求1的數(shù)字合成器，其特征是在第一預(yù)定時(shí)間間隔A提供第一數(shù)字輸入信號(hào)和在第二預(yù)定時(shí)間間隔B提供第二數(shù)字輸入信號(hào)的裝置，進(jìn)而還包括使第一數(shù)字輸入信號(hào)包括有表示在第一預(yù)定時(shí)間間隔A的第一相位變化整數(shù)值和使第二數(shù)字輸入信號(hào)包括有表示在第二預(yù)定時(shí)間間隔B的第二相位變化整數(shù)值的裝置，
3.權(quán)利要求2的頻率合成器，其特征是所說(shuō)的提供裝置進(jìn)一步還包括使第一預(yù)定時(shí)間間隔A和所說(shuō)的第二預(yù)定時(shí)間間隔B分別除以N采樣以使(A/N+B/N)＝1的裝置，
4.權(quán)利要求3的頻率合成器，其特征是所說(shuō)的加權(quán)裝置進(jìn)而還包括累加所說(shuō)的第一相位變化值和所說(shuō)的第二相位變化值去產(chǎn)生累加的相位值的裝置，
5.權(quán)利要求4的頻率合成器，其特征是所說(shuō)的加權(quán)裝置近而還包括對(duì)所說(shuō)累加裝置響應(yīng)，分配所說(shuō)第一預(yù)定時(shí)間間隔A采樣和所說(shuō)第二預(yù)定時(shí)間間隔B采樣去最小化所說(shuō)的累加相位值的裝置。
6.與合成模擬輸出信號(hào)的直接數(shù)字頻率合成器相匹配的無(wú)線電收發(fā)機(jī)其特征包括產(chǎn)生與模擬輸出信號(hào)頻率相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)提供裝置;在第一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔產(chǎn)生第一個(gè)整數(shù)值和第二個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔產(chǎn)生第二個(gè)整數(shù)值并與所說(shuō)提供裝置相耦合的裝置;對(duì)所說(shuō)第一個(gè)整數(shù)值和所說(shuō)第二個(gè)整數(shù)值進(jìn)行加權(quán)平均以產(chǎn)生第一個(gè)非整數(shù)值的裝置;提供具有固定頻率的參考信號(hào)的裝置;耦合到所說(shuō)產(chǎn)生裝置和所說(shuō)提供加權(quán)平均裝置以提供輸出模擬信號(hào)的裝置;提供大量無(wú)線電頻率信號(hào)的裝置;與所說(shuō)的合成裝置和所說(shuō)的提供大量無(wú)線電頻率信號(hào)的裝置相耦合以發(fā)射具有和模擬輸出信號(hào)相關(guān)頻率的所說(shuō)的大量無(wú)線電頻率信號(hào)中的一個(gè)裝置。
7.權(quán)利要求6的無(wú)線電收發(fā)機(jī)，其特征是對(duì)第一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔A產(chǎn)生第一個(gè)整數(shù)值和對(duì)第二預(yù)定時(shí)間間隔B產(chǎn)生第二個(gè)整數(shù)值的裝置進(jìn)而還包括一個(gè)對(duì)第一預(yù)定時(shí)間間隔A產(chǎn)生一個(gè)表示第一相位變化值的整數(shù)值和對(duì)第二時(shí)間間隔B產(chǎn)生一個(gè)表示一個(gè)表示第二相位變化值的整數(shù)的裝置和一個(gè)使所說(shuō)第一預(yù)定時(shí)間間隔A和所說(shuō)的第二預(yù)定時(shí)間間隔B分別除以N采樣并形成(A/N+B/N)＝1的裝置。
8.權(quán)利要求6的無(wú)線電收發(fā)機(jī)，其特征是所說(shuō)加權(quán)裝置進(jìn)而包括一個(gè)累加所說(shuō)第一相位變化值和所說(shuō)第二相位變化值去產(chǎn)生累加的相位值的裝置和一個(gè)響應(yīng)累加裝置并分配所說(shuō)第一預(yù)定時(shí)間間隔A采樣和所說(shuō)第二預(yù)定時(shí)間間隔B采樣去最小化累加的相位值的裝置。
9.當(dāng)模擬輸出信號(hào)在數(shù)字控制信號(hào)的控制下進(jìn)行合成，在頻率合成器內(nèi)提高模擬輸出信號(hào)的頻率分辨率的方法其特征包括在第一預(yù)定時(shí)間間隔A提供第一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)和在第二個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔B提供第二個(gè)數(shù)字輸入信號(hào);和在耦合到所說(shuō)的提供步驟，對(duì)第一個(gè)所說(shuō)數(shù)字輸入信號(hào)和所說(shuō)第二個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行加權(quán)平均以產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)。
10.按照數(shù)字輸入信號(hào)合成模擬輸出信號(hào)，在頻率合成器內(nèi)增加模擬輸出信號(hào)頻率分辨率的方法，其特征是提供對(duì)應(yīng)模擬輸出信號(hào)頻率的數(shù)字信號(hào);對(duì)耦合到所說(shuō)提供步驟，對(duì)第一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔A產(chǎn)生第一個(gè)整數(shù)值和對(duì)第二個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔B產(chǎn)生第二個(gè)整數(shù)值;對(duì)所說(shuō)第一個(gè)整數(shù)值和所說(shuō)第二個(gè)整數(shù)值進(jìn)行加權(quán)平均以產(chǎn)生一個(gè)非整數(shù)值;提供具有固定頻率的參考信號(hào);與所說(shuō)產(chǎn)生步驟和提供參考信號(hào)所說(shuō)步驟相耦合，合成模擬輸出信號(hào)。
全文摘要
使用分?jǐn)?shù)化技術(shù)，直接數(shù)字合成器提高了模擬輸出信號(hào)頻率分辨率，數(shù)字信號(hào)的最佳整數(shù)值I
文檔編號(hào)G06F1/03GK1068922SQ9111281
公開日1993年2月10日 申請(qǐng)日期1991年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月20日
發(fā)明者托馬斯·J·庫(kù)恩曼 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司