專利名稱：三階四比特誤差反饋型增量總和調(diào)制器硬件模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)及信號(hào)處理的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種三階四比特誤差反 饋型增量總和調(diào)制器硬件模型，主要應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)的小數(shù)分頻頻率綜合器中。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著無(wú)線通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，各種無(wú)線設(shè)備如手機(jī)、全球定位系統(tǒng)等成 為人們生活中的必需品。小數(shù)分頻頻率綜合器作為一個(gè)重要的射頻模塊，主要為無(wú)線收發(fā) 機(jī)提供高純度的本地振蕩信號(hào)，再通過(guò)混頻器實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的搬移。其相位噪聲、頻率精度 和頻率雜散等性能指標(biāo)嚴(yán)重影響著整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的性能?；谠隽靠偤驼{(diào)制器隨機(jī)化 分頻比來(lái)實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻方法能達(dá)到較小的頻率分辨率，有效的抑制頻率雜散，減少帶內(nèi)噪 聲，因而得到了廣泛的應(yīng)用。增量總和調(diào)制器能抑制帶內(nèi)量化噪聲的主要原理是過(guò)采樣和 噪聲整形。量化器的輸入輸出特性曲線是非線性的，除非輸入信號(hào)正好是量化精度Δ的整 數(shù)倍，否則輸出和輸入信號(hào)之間將存在量化誤差。如果輸入信號(hào)是隨機(jī)的，量化誤差可以看 作加性白噪聲，在[-Δ/2，Δ/2]區(qū)間是均勻分布的。根據(jù)采樣控制理論，噪聲功率平均分 布在[_fs/2，fs/2]，其采樣量化噪聲的功率譜密度E2 (f)表示為式
E2(J)=^=IT-O2e (1)
IJ2
T=l/fs，為采樣周期。隨著采樣頻率的增加，采樣量化噪聲的功率譜密度會(huì)減小，相對(duì) 于Nyquist采樣，僅有小部分噪聲功率落在f0]內(nèi)，這就是利用過(guò)采樣技術(shù)降低量化噪
聲的原理。另一種降低量化噪聲的有效方法是利用反饋將低頻噪聲外推到高頻段來(lái)實(shí)現(xiàn)較 低的帶內(nèi)噪聲。量化噪聲通過(guò)反饋實(shí)現(xiàn)了高通整形，帶內(nèi)噪聲就會(huì)降低。
用最少的硬件資源(較小面積)實(shí)現(xiàn)一個(gè)滿足系統(tǒng)要求的、穩(wěn)定的調(diào)制器是頻率綜合器 中增量總和調(diào)制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。其中增量總和調(diào)制器的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)難點(diǎn)，增量總和調(diào)制 器不穩(wěn)定會(huì)使量化器過(guò)載，惡化頻率綜合器的相位噪聲性能。增量總和調(diào)制器的結(jié)構(gòu)主要 分為單環(huán)和級(jí)聯(lián)形式。其中單環(huán)結(jié)構(gòu)分為單環(huán)前饋結(jié)構(gòu)、單環(huán)反饋結(jié)構(gòu)、單環(huán)前饋反饋混合 結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是可以優(yōu)化某一頻率處的噪聲性能，輸出數(shù)據(jù)范圍窄。缺點(diǎn)是存在穩(wěn)定性問(wèn) 題，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)也稱為MASiKMulti-stAgenoiseShaping)結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定 性好，實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是輸出范圍寬，存在模擬和數(shù)字適配問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)了一種三階四比特誤差反饋型增量總和調(diào)制器 硬件模型。該增量總和調(diào)制器同時(shí)具有MASH結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和單環(huán)結(jié)構(gòu)輸出數(shù)據(jù) 范圍窄的優(yōu)點(diǎn)?？蓾M足大多數(shù)頻率綜合器的性能指標(biāo)要求。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種三階四比特誤差反饋型增量總和調(diào)制器硬件模型，該模型包括26位全加器Ul、26 位全加器U2、低電平復(fù)位(Reset)上升沿采樣的22位D觸發(fā)器U3、低電平復(fù)位(Reset)上 升沿采樣的4位D觸發(fā)器U4、低電平復(fù)位(Reset)上升沿采樣的22位D觸發(fā)器TO、23位全 加器TO、24位反相器U7、26位全加器U8、低電平復(fù)位(Reset)上升沿采樣的26位D觸發(fā)器 U9，其中Data_in[21:0]端的輸入數(shù)據(jù)為22位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)，由外部控制器根據(jù)應(yīng)用需 要給出，Reset為D觸發(fā)器復(fù)位邏輯控制信號(hào)，低電平有效，Ck為D觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)，頻率根 據(jù)應(yīng)用需要確定。所述全加器Ul有兩個(gè)輸入端，一端與輸入端Datajn [21:0]相連，高四位符號(hào)擴(kuò) 展為0，0，0，0，另一端與D觸發(fā)器W輸出端相連；
所述全加器U2有兩個(gè)輸入端，一端與Ul的輸出端相連，另一端與U6的輸出端相連，高 兩位符號(hào)寬展為0，0 ；
所述D觸發(fā)器U3輸入端與全加器U2的[21:0]位相連； 所述D觸發(fā)器U5的輸入端與U3的輸出端相連；
所述全加器U6有兩個(gè)輸入端，一端與U3輸出端數(shù)據(jù)左移1位，低位補(bǔ)0，相連，另一端 與U3輸出右移1位，高位補(bǔ)0，相連； 所述反相器U7輸入與U6輸出相連；
所述全加器U8有兩個(gè)輸入端，一端與U7輸出端相連，最高兩位符號(hào)擴(kuò)展1，1，另一端與 U5輸出相連，高四位符號(hào)擴(kuò)展0，0，0，0 ；所述D觸發(fā)器U9輸入與U8輸出相連；
所述D觸發(fā)器U4輸入為U2輸出的[25:22]，輸出即為調(diào)制器輸出Data_0ut [3 0]。本發(fā)明的有益效果
(1)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用硬件資源少，可在各種不同工藝數(shù)字庫(kù)下實(shí)現(xiàn)，通用性強(qiáng)。(2)22位位寬輸入，可滿足各種頻率綜合器頻率分辨率的需要。(3)采用誤差反饋結(jié)構(gòu)，調(diào)制器穩(wěn)定性好，輸出數(shù)據(jù)范圍窄。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖 圖2為本發(fā)明工作時(shí)序圖
圖3為本發(fā)明輸入為0. 3，Ck=IOMHz時(shí)的輸出數(shù)據(jù)流圖 圖4為本發(fā)明輸入為0. 3，Ck=IOMHz時(shí)的輸出數(shù)據(jù)頻譜圖。
具體實(shí)施例方式參閱附圖1，輸入端口 Data_in[21:0]是位寬22的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，代表的小數(shù)范 圍是0-1。輸入端口 Ck是時(shí)鐘信號(hào)，其頻率根據(jù)頻率綜合器的需要確定。輸入端口 Reset 是調(diào)制器的復(fù)位信號(hào)，低電平有效，在調(diào)制器開(kāi)始工作之前需要給復(fù)位信號(hào)，參閱附圖2。 Data_out[3:0]是位寬為4的有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)。
實(shí)施例以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，然而實(shí)施例僅是本發(fā)明可選實(shí) 施方式的舉例，其所公開(kāi)的特征僅用于說(shuō)明及闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。參閱附圖1，敘述本發(fā)明的使用。在頻率綜合器中，增量總和調(diào)制器的輸入輸出特性可描述為輸入為二進(jìn)制數(shù)，等 效為十進(jìn)制小數(shù)；輸出數(shù)據(jù)是一定范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，但其平均值與輸入等效小數(shù)相等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇數(shù)字工藝庫(kù)，工藝庫(kù)中需包含圖1所示的加法器單元、D觸 發(fā)器單元和反相器單元，而幾乎所有數(shù)字工藝庫(kù)都含有簡(jiǎn)單的加法器、D觸發(fā)器和反相器單 元，因而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。按圖1所示連接各個(gè)加法器單元、D觸發(fā)器單元和反相器單元。輸入數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的小數(shù)可以通過(guò)以下計(jì)算得到先將22的無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為 十進(jìn)制數(shù)，再除以2 22-1。例如輸入00_1001_1001_1001_1001_1001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為 629145，按上面計(jì)算得到的小數(shù)為0. 3。輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)增加1，輸入十進(jìn)制小數(shù)增加了 1 除以2 22-1，即2. 38e_7，也就意味著輸出數(shù)據(jù)的均值也會(huì)增加2. 38e_7，所以本發(fā)明可滿足各 種頻率綜合器頻率分辨率的需要。按圖2工作時(shí)序圖要求施加激勵(lì)信號(hào)。輸入數(shù)據(jù)Data_in[21:0]=00_1001_1001_1001_1001_1001 輸入到 Ul —輸入端的 低22位，高四位輸入數(shù)據(jù)0，0，0，0。該26位數(shù)與U9輸出的26位數(shù)相加，在Ul輸出端輸 出26位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)輸入到U2的一輸入端，U2另一輸入端的低24位接U6輸出的24位 數(shù)據(jù)，高兩位輸入0，0，兩輸入數(shù)據(jù)通過(guò)U2求和，在U2輸出端輸出26位數(shù)據(jù)，其中高四位數(shù) 據(jù)輸入到U4，U4實(shí)現(xiàn)了延遲操作，在U4輸出端得到Data_0ut [3 0]；低22位數(shù)據(jù)輸入到U3 輸入端，U3實(shí)現(xiàn)延遲操作，U3輸出的22位數(shù)據(jù)輸入到U5輸入端，同時(shí)也輸入到U6 一輸入 端的高22位(最低位輸入0)和U6另一輸入端的低22位(最高位輸入0)，通過(guò)U6求和，輸 出24位數(shù)據(jù)輸入到U7，通過(guò)U7做取反操作，然后輸出到U8—輸入端的低24位，高兩位輸 入1，1，U8的另一輸入端的低22位與TO的輸出相連，高四位輸入0，0，0，0，通過(guò)U8求和以 后輸出26位數(shù)據(jù)到U9，U9實(shí)現(xiàn)延遲操作，U9輸出數(shù)據(jù)輸入到U1。取2000個(gè)以上的輸出數(shù)據(jù)Data_Out[3:0](有符號(hào)二進(jìn)制數(shù))，并將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn) 制數(shù)據(jù)，求2000個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)的平均值，按照上面的輸入0. 3，輸出數(shù)據(jù)均值為0. 3。仿真驗(yàn)證得到圖3和圖4的輸出數(shù)據(jù)流圖和頻譜圖(Ck=10MHz)。此時(shí)對(duì)應(yīng)Data_out[3 0]輸出數(shù)據(jù)分為在_3到+3之間，且0，1，-1,2, _2，居多， 輸出范圍較窄。其均值為0.3，與輸入相等。上述內(nèi)容為本發(fā)明的具體實(shí)施例的例舉，對(duì)于其中未詳盡描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)，應(yīng) 當(dāng)理解為采取本領(lǐng)域已有的通用設(shè)備及通用方法來(lái)予以實(shí)施。
權(quán)利要求
一種三階四比特誤差反饋型增量總和調(diào)制器硬件模型，其特征在于該模型包括第一26位全加器(U1)、第二26位全加器(U2)、第一低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U3)、低電平復(fù)位上升沿采樣的4位D觸發(fā)器(U4)、第二低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U5)、23位全加器(U6)、24位反相器(U7)、第三26位全加器(U8)及低電平復(fù)位上升沿采樣的26位D觸發(fā)器(U9)，Data_in[21:0]端的輸入數(shù)據(jù)為22位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)，由外部控制器根據(jù)應(yīng)用需要給出，Reset端為D觸發(fā)器復(fù)位邏輯控制信號(hào)，低電平有效，Ck端為D觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)，頻率根據(jù)應(yīng)用需要確定；所述第一26位全加器(U1)有兩個(gè)輸入端，一端與輸入端Data_in[21:0]相連，高四位符號(hào)擴(kuò)展為0,0,0,0,另一端與低電平復(fù)位上升沿采樣的26位D觸發(fā)器(U9)輸出端相連；所述第二26位全加器(U2)有兩個(gè)輸入端，一端與第一26位全加器(U1)的輸出端相連，另一端與23位全加器(U6)的輸出端相連，高兩位符號(hào)寬展為0,0；所述第一低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U3)輸入端與第二26位全加器(U2)的[21:0]位相連，輸出端與第二低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U5)的輸入端相連；所述23位全加器(U6)有兩個(gè)輸入端，一端與第一低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U3)輸出端數(shù)據(jù)左移1位，低位補(bǔ)0，相連，另一端與第一低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U3)輸出端數(shù)據(jù)右移1位，高位補(bǔ)0，相連；所述24位反相器(U7)輸入與23位全加器(U6)輸出相連；所述第三26位全加器(U8)有兩個(gè)輸入端，一端與24位反相器(U7)輸出端相連，最高兩位符號(hào)擴(kuò)展1，1，另一端與第二低電平復(fù)位上升沿采樣的22位D觸發(fā)器(U5)輸出相連，高四位符號(hào)擴(kuò)展0，0,0,0；所述低電平復(fù)位上升沿采樣的26位D觸發(fā)器(U9)的輸入與第三26位全加器(U8)的輸出相連；所述低電平復(fù)位上升沿采樣的4位D觸發(fā)器(U4)的輸入連接第二26位全加器(U2)輸出的[25:22],輸出為Data_out[3:0]即為調(diào)節(jié)器的輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種三階四比特誤差反饋型增量總和調(diào)制器硬件模型，該模型主要由三個(gè)26位全加器，一個(gè)23位全加器，一個(gè)4位D觸發(fā)器，兩個(gè)22位D觸發(fā)器，一個(gè)26位D觸發(fā)器，一個(gè)24位反相器構(gòu)成。通過(guò)對(duì)輸入數(shù)據(jù)相加、延遲、反相操作，得到輸出數(shù)據(jù)；輸出數(shù)據(jù)是在-3到+3范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)，其平均值與輸入等效小數(shù)相等。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，22位位寬輸入，4位位寬輸出，可滿足各種小數(shù)分頻頻率綜合器需要。
文檔編號(hào)H03K23/68GK101841325SQ20101018195
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者何偉, 張潤(rùn)曦, 石春琦, 許帥, 賴宗聲, 陳磊, 馬聰 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)