專利名稱：一種用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著互補(bǔ)金屬氧化物(以下簡稱CMOS)工藝技術(shù)的迅速發(fā)展，片上系統(tǒng)(system-on-chip，以下簡稱SOC)以其低功耗、低成本和體積小等優(yōu)點正在成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)計的主流技術(shù)。在現(xiàn)代移動通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，手機(jī)的集成電路集成度不斷提高，功耗不斷下降，所以手機(jī)電池的體積和成本不斷下降，而待機(jī)時間卻越來越長。為了提高產(chǎn)品的競爭力，低功耗設(shè)計變得非常重要。
數(shù)字頻率合成器(以下簡稱DDFS)是手機(jī)中收發(fā)器的重要電路，它可以提供頻率和相位精確可控的頻率信號，在各種移動通信產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。它的最大特點是頻率的分辨率高，頻率的變化快，而且還可以提供相位精確的正交頻率信號。數(shù)字頻率合成的最直接的方法就是把正弦波的采樣值存儲，并使存儲的地址與正弦波的相位相對應(yīng)。根據(jù)不同的相位，取出相應(yīng)的采樣值，然后再把采樣值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，經(jīng)過低通濾波之后，就可以產(chǎn)生出頻率信號了。
當(dāng)儲存正弦波采樣點數(shù)很多時，每次從存儲器中讀取數(shù)據(jù)都會由于存儲器中的字線和位線的電容很大而帶來很大的功耗，所以人們通過各種方法來壓縮存儲器的容量，包括根據(jù)所有采樣點數(shù)值之間的關(guān)系和對稱特性來壓縮存儲器，這樣可以大大降低由存儲器所帶來的功耗；或者采用各種算法設(shè)計出沒有存儲器的DDFS。
雖然采用壓縮存儲器的方法可以減小功耗，但是由于壓縮比例有限，當(dāng)需要DDFS的頻率分辨率和量化精度較高時，存儲器的功耗依然很大。采用算法雖然可以取消對正弦波采樣點數(shù)值的存儲，但是算法中的計算系數(shù)仍然需要一定數(shù)量的存儲單元，且由于算法中需要的乘法和加法運算本身在頻率合成時的功耗不容忽視，所以功耗性能仍然不盡如人意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，通過邏輯產(chǎn)生正弦波采樣值，并采用帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換，以減少采樣值從絕對值到負(fù)值的補(bǔ)碼運算，從而減小了相應(yīng)的數(shù)字頻率合成電路的面積和功耗。
本發(fā)明提出的用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，包括以下各步驟(1)對用于控制合成頻率的相位增量進(jìn)行相位累加，并根據(jù)設(shè)定的精度，從相位累加結(jié)果中取前m位作為輸出相位；(2)去除上述相位輸出的最高位，用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值；(3)用上述步驟(1)的相位輸出的最高位作為控制信號，對上述步驟(2)產(chǎn)生的采樣值進(jìn)行帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換，當(dāng)控制信號為‘0’時，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出為正，當(dāng)控制信號為‘1’時，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出為負(fù)；(4)對數(shù)模轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行低通濾波，得到合成頻率信號。
上述方法中，用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值的過程，包括以下各步驟(1)建立一個相位與正弦波之間的映射表；(2)將需要產(chǎn)生的正弦波采樣值依次均勻分成2k份，每份的正弦波采樣值的數(shù)量為2(m-k-1)，其中k為小于m的正整數(shù)；(3)從相位與正弦波之間的映射表中，根據(jù)輸出相位的后m-k-1位，用邏輯合成的辦法得到上述每份正弦波采樣值；(4)用輸出相位的第m-2位至第m-k-2位作為選通控制信號，對上述每份正弦波采樣值進(jìn)行選通，將被選通的采樣數(shù)值作為正弦波采樣值輸出。
本發(fā)明提出的用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用邏輯辦法合成數(shù)據(jù)，所以沒有數(shù)據(jù)的讀取，這樣徹底解決了電路實現(xiàn)時存儲器的功耗問題；又由于數(shù)據(jù)恢復(fù)采用了邏輯的方法，所以電路實現(xiàn)時可以通過使用邏輯綜合工具對電路的工作速度和功耗進(jìn)行很好的優(yōu)化；由于全部是邏輯電路實現(xiàn)的設(shè)計，不需要第三方存儲器的IP(知識產(chǎn)權(quán))，降低了設(shè)計成本；由于本方法實現(xiàn)的電路沒有存儲器，所以解決了由存儲器帶來的工藝可靠性和電路抗噪能力方面的問題。本方法中的數(shù)模轉(zhuǎn)換是一個帶正負(fù)控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換，這樣在電路實現(xiàn)時只要產(chǎn)生出正弦波采樣值的絕對值，在相位的最高位的控制下就可以直接進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，減少了從絕對值到負(fù)值的補(bǔ)碼運算，可以減小電路的面積和功耗。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，首先對用于控制合成頻率的相位增量進(jìn)行相位累加，并根據(jù)設(shè)定的精度，從相位累加結(jié)果中取前m位作為輸出相位，m越大，合成的頻率信號的精度越高；去除相位輸出的最高位，用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值；用相位輸出的最高位作為控制信號，對采樣值進(jìn)行帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換，當(dāng)控制信號為‘0’時，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出為正，當(dāng)控制信號為‘1’時，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出為負(fù)；對數(shù)模轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行低通濾波，得到合成頻率信號。
上述方法中，用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值的過程為首先建立一個相位與正弦波之間的映射表；將需要產(chǎn)生的正弦波采樣值依次均勻分成2k份，每份的正弦波采樣值的數(shù)量為2(m-k-1)，其中k為小于m的正整數(shù)，從相位與正弦波之間的映射表中，根據(jù)輸出相位的后m-k-1位，用邏輯合成的辦法得到每份正弦波采樣值；用輸出相位的第m-2位至第m-k-2位作為選通控制信號，對每份正弦波采樣值進(jìn)行選通，將被選通的采樣數(shù)值作為正弦波采樣值輸出。在數(shù)字技術(shù)中，對于一個m位的數(shù)，最高位為第m-1，最低位為第0位。
上述邏輯方法之所以把需要產(chǎn)生的采樣值按照順序均勻的分成2k份，是因為如果直接根據(jù)輸入輸出關(guān)系化簡出的邏輯非常復(fù)雜，這樣電路實現(xiàn)的面積和功耗以及速度特性都不好。而通過分塊方法，則每塊的邏輯都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不分塊的方法。如果在電路實現(xiàn)時合理的控制每塊的工作順序，使同一個時鐘只有一個塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而其它的塊停止工作，這樣在電路實現(xiàn)時就可以大大的降低用邏輯的辦法恢復(fù)所有數(shù)據(jù)的面積和功耗。k值越大，每個邏輯塊的信號處理量越小，但是對所有邏輯塊的地址管理和輸出選通的處理量就大大增加，因此在決定k值大小時要同時考慮多方面因素。
上述方法第3步中之所以用帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換，是因為上述方法第2步中產(chǎn)生的正弦波的采樣值是正弦波的前半個周期，且全部都是正數(shù)，而正弦波的后半個周期全部都是負(fù)數(shù)，如果不用帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換，則當(dāng)用前半周期的采樣值恢復(fù)對應(yīng)的后半周期的采樣值時，在進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換之前需要一次求補(bǔ)碼的運算，這樣在電路實現(xiàn)時功耗和面積就增加了。因為對應(yīng)正弦波前半個周期的相位的最高位為‘0’，后半個周期的相位的最高位為‘1’，所以可以用它作為符號位，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換。
相位輸出位數(shù)m的確定與數(shù)模轉(zhuǎn)換的位數(shù)和合成的頻率信號的相位噪聲抑制特性有關(guān)。從理論上講，數(shù)字頻率合成的相位噪聲只與兩個因素有關(guān)。一個是由相位累加輸出的相位精度，即相位輸出位數(shù)m，另一個是數(shù)模轉(zhuǎn)換的量化精度。只要給定了這樣兩個數(shù)據(jù)，任何給定的數(shù)字頻率合成的頻率信號的相位噪聲特性都有可能推導(dǎo)出來。由于推導(dǎo)結(jié)果非常復(fù)雜，這里給出幾個相位輸出位數(shù)m，數(shù)模轉(zhuǎn)換的量化誤差和合成的頻率信號噪聲特性之間相互關(guān)系的參考值。在理想條件下，由數(shù)模轉(zhuǎn)換的量化誤差產(chǎn)生的干擾信號大約-6dBc/bit，比如一個8bit數(shù)模轉(zhuǎn)換從理論上可以產(chǎn)生-48dBc的噪聲抑制特性；如果提供m＝8位的相位輸出，只有采用10位以上的數(shù)模轉(zhuǎn)換才能得到-50dBc以下噪聲特性。而如果采用m＝14位的相位輸出，那么10bit的數(shù)模轉(zhuǎn)換就可以實現(xiàn)將近-60dBc的干擾信號。總之，無論是相位累加還是數(shù)模轉(zhuǎn)換，取的位數(shù)越多合成頻率信號的噪聲抑制特性越好。
當(dāng)然在這里還有一個折衷的問題，比如要得到-60dBc的噪聲抑制指標(biāo)，如果采用12bit數(shù)模轉(zhuǎn)換，只需要提供m＝9位的相位輸出即可。而如果采用10bit數(shù)模轉(zhuǎn)換，則需要m＝16位的相位輸出。在電路實現(xiàn)時，高速工作的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，性能下降越快。而對于相位累加器來說，相位輸出位數(shù)m越大，則電路的面積和復(fù)雜性就越高。在實際設(shè)計時要在滿足設(shè)計要求的情況下在相位累加器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的位數(shù)之間作出權(quán)衡。
權(quán)利要求
1.一種用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，其特征在于該方法包括以下各步驟(1)對用于控制合成頻率的相位增量進(jìn)行相位累加，并根據(jù)設(shè)定的精度，從相位累加結(jié)果中取前m位作為輸出相位；(2)去除上述相位輸出的最高位，用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值；(3)用上述步驟(1)的相位輸出的最高位作為控制信號，對上述步驟(2)產(chǎn)生的采樣值進(jìn)行帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換，當(dāng)控制信號為‘0’時，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出為正，當(dāng)控制信號為‘1’時，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出為負(fù)；(4)對數(shù)模轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行低通濾波，得到合成頻率信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值的過程，包括以下各步驟(1)建立一個相位與正弦波之間的映射表；(2)將需要產(chǎn)生的正弦波采樣值依次均勻分成2k份，每份的正弦波采樣值的數(shù)量為2(m-k-1)，其中k為小于m的正整數(shù)；(3)從相位與正弦波之間的映射表中，根據(jù)輸出相位的后m-k-1位，得到上述每份正弦波采樣值；(4)用輸出相位的第m-2位至第m-k-2位作為選通控制信號，對上述每份正弦波采樣值進(jìn)行選通，將被選通的采樣數(shù)值作為正弦波采樣值輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于移動通信的低功耗數(shù)字頻率合成方法，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。本方法對用于控制合成頻率的相位增量進(jìn)行相位累加，并根據(jù)設(shè)定的精度，從相位累加結(jié)果中取前m位作為輸出相位；去除相位輸出的最高位，用邏輯方法產(chǎn)生與剩余位相位相對應(yīng)的正弦波采樣值；用相位輸出的最高位作為控制信號，對產(chǎn)生的采樣值進(jìn)行帶正負(fù)號的數(shù)模轉(zhuǎn)換。本發(fā)明方法由于采用邏輯辦法合成數(shù)據(jù)，解決了電路實現(xiàn)時存儲器的功耗問題；本方法中的數(shù)模轉(zhuǎn)換是帶正負(fù)控制的數(shù)模轉(zhuǎn)換，只要產(chǎn)生出正弦波采樣值的絕對值，在相位的最高位的控制下就可以直接進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，減少了從絕對值到負(fù)值的補(bǔ)碼運算，可以減小電路的面積和功耗。
文檔編號H04B1/40GK1564469SQ20041000878
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者李金城, 楊華中, 羅嶸, 汪蕙 申請人:清華大學(xué)