直接數(shù)字頻率合成器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種直接數(shù)字頻率合成器，包括頻率源，頻率源向相位累加器輸出頻率信號(hào)，相位累加器還接收頻率控制字寄存器輸出的信號(hào)，頻率控制字寄存器為并行輸入的寄存器，相位累加器向正弦波形發(fā)生器輸出信號(hào)，正弦波形發(fā)生器輸出的信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出，其中，頻率控制字寄存器、相位累加器以及正弦波發(fā)生器由復(fù)雜可編程邏輯器件構(gòu)成。本實(shí)用新型提供的直接數(shù)字頻率合成器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，且輸出的信號(hào)頻率穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】直接數(shù)字頻率合成器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及數(shù)字頻率源器件領(lǐng)域，尤其是一種直接數(shù)字頻率合成器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的電子設(shè)備中大量使用各種各樣的芯片，頻率合成器作為向芯片提供時(shí)鐘頻率或工作頻率的器件，其工作性能及開發(fā)成本越來(lái)越受到人們的關(guān)注，人們希望頻率合成器的噪聲更低、雜散更小、頻率掃描的范圍更寬且切換速度更快。
[0003]常見的頻率合成器包括鎖相頻率合成器及直接數(shù)字頻率合成器(DDS，DirectDigital Synthesizer),鎖相頻率合成器易受頻率間隔和頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制,很難滿足輸出頻率快速變化和高速切換的要求。直接數(shù)字頻率合成器的切換時(shí)間可達(dá)到數(shù)十納秒量級(jí)，具有頻率切換速度快的特點(diǎn)，但是專用的直接數(shù)字頻率合成器芯片由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定，且一般采用串口實(shí)現(xiàn)頻率設(shè)置，需要專用控制器進(jìn)行控制器，在需固定特殊頻點(diǎn)的合成信號(hào)場(chǎng)合顯得復(fù)雜且增加了成本。
[0004]現(xiàn)有的專用直接數(shù)字頻率合成器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其具有頻率源11、頻率控制字寄存器12、相位累加器13、正弦波形發(fā)生器14、數(shù)模轉(zhuǎn)換器15以及濾波器16。頻率源11通常是晶體振蕩器，其產(chǎn)生穩(wěn)定的初始頻率并提供給相位累加器13，頻率控制字寄存器12接收控制信號(hào)并向相位累加器13輸出信號(hào)，相位累加器13將信號(hào)輸出至正弦波形發(fā)生器14，由正弦波形發(fā)生器14產(chǎn)生正弦波信號(hào)，正弦波信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器15以及濾波器16后輸出。
[0005]但是，現(xiàn)有的專用直接數(shù)字頻率合成器為集成芯片，其將高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換器15集成在芯片內(nèi)部，數(shù)模轉(zhuǎn)換器15輸出的信號(hào)為階梯正弦波的模擬信號(hào)，需要使用濾波器16濾除不必要的雜散和諧波信號(hào)才能使用。濾波器16通常是寬帶低通濾波器，由于濾波器16的頻率上限由直接數(shù)字頻率合成器輸出頻率的高端決定，如果低通濾波器的帶寬超過(guò)了直接數(shù)字頻率合成器的輸出頻率的倍頻程，其將無(wú)法過(guò)濾數(shù)模轉(zhuǎn)換器15輸出的雜散和諧波信號(hào)，尤其在直接數(shù)字頻率合成器輸出的信號(hào)中，頻率較高的采樣點(diǎn)很少時(shí)，濾波器16的濾波特能會(huì)非常差，影響了直接數(shù)字頻率合成器輸出的信號(hào)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的主要目的是提供一種輸出信號(hào)分辨率高且控制靈活的直接數(shù)字頻率合成器。
[0007]本實(shí)用新型的另一目的是提供一種輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定的直接數(shù)字頻率合成器。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述的主要目的，本實(shí)用新型提供的直接數(shù)字頻率合成器包括頻率源，頻率源向相位累加器輸出頻率信號(hào)，相位累加器還接收頻率控制字寄存器輸出的信號(hào)，頻率控制字寄存器為并行輸入的寄存器，相位累加器向正弦波形發(fā)生器輸出信號(hào)，正弦波形發(fā)生器輸出的信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出，其中，頻率控制字寄存器、相位累加器以及正弦波發(fā)生器由復(fù)雜可編程邏輯器件構(gòu)成。
[0009]由上述方案可見，直接數(shù)字頻率合成器基于復(fù)雜可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，且頻率控制字寄存器為并行輸入的器件，直接數(shù)字頻率合成器無(wú)需使用專用的控制器進(jìn)行控制，使其控制靈活、簡(jiǎn)單、方便。另外，由于直接數(shù)字頻率合成器自身具有輸出信號(hào)分辨率高的特定，能夠滿足現(xiàn)有芯片的工作需要。
[0010]一個(gè)優(yōu)選的方案是，數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，且R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接至運(yùn)算放大器的輸入端。
[0011]由此可見，直接數(shù)字頻率合成器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器使用R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，并由復(fù)雜可編程邏輯器件直接驅(qū)動(dòng)，無(wú)需使用專用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其生產(chǎn)成本低，消耗功率小。
[0012]進(jìn)一步的方案是，正弦波形發(fā)生器為正弦波形查詢電路，相位累加器的高八位輸出端口向正弦波形查詢電路輸出信號(hào)，正弦波形查詢電路向R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)輸出八位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0013]可見，正弦波形查詢電路只接收相位累加器輸出的高八位信號(hào)，即舍棄其他的信號(hào)，這樣能夠簡(jiǎn)化正弦波形查詢電路，降低直接數(shù)字頻率合成器的生產(chǎn)成本。
[0014]更進(jìn)一步的方案是，數(shù)模轉(zhuǎn)換器向窄帶跟蹤調(diào)諧電路輸出正弦波信號(hào)，且窄帶跟蹤調(diào)諧電路向?qū)拵Ь彌_放大器輸出信號(hào)。
[0015]由此可見，通過(guò)調(diào)節(jié)窄帶跟蹤調(diào)諧電路可以使所選頻率點(diǎn)都處于最佳的諧振狀態(tài)，顯著地消除正弦波頻率信號(hào)中的雜散與諧波成份，提高輸出的頻率信號(hào)的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是現(xiàn)有直接數(shù)字頻率合成器的電原理框圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電原理框圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中頻率源的電原理框圖。
[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中頻率控制字寄存器、相位累加器、正弦波發(fā)生器、窄帶跟蹤調(diào)諧電路及寬帶緩沖放大器的電原理圖。
[0020]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中相位累加器與正弦波發(fā)生器連接的電原理圖。
[0021]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例的直接數(shù)字頻率合成器用于向芯片輸出頻率信號(hào)，作為芯片的時(shí)鐘頻率或者其他工作頻率使用。
[0023]參見圖2，本實(shí)施例具有恒溫晶體振蕩器21、倍頻電路22、頻率控制字寄存器23、相位累加器24、正弦波形發(fā)生器25、數(shù)模轉(zhuǎn)換器26、窄帶跟蹤調(diào)諧電路27以及寬帶緩沖放大器28。
[0024]恒溫晶體振蕩器21以及倍頻電路22構(gòu)成本實(shí)施例的頻率源，其中恒溫晶體振蕩器21的振蕩頻率為IOM赫茲，且振蕩頻率不會(huì)因溫度的改變而改變，確保向倍頻電路22輸出穩(wěn)定的初始頻率。
[0025]參見圖3，倍頻電路22包括緩沖器31、倍頻器32、緩沖器33以及倍頻器34，其中倍頻器32、34均為5倍的倍頻器，因此倍頻電路22將恒溫晶體振蕩器21輸出的信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)25倍的倍頻后，輸出至相位累加器24。由于倍頻電路22使用兩個(gè)倍頻器32、33進(jìn)行倍頻處理，每一個(gè)倍頻器32、34的結(jié)構(gòu)相同，且電路簡(jiǎn)單，倍頻后的信號(hào)頻率較為穩(wěn)定。同時(shí)，使用兩個(gè)緩沖器31、33對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行緩沖處理，使倍頻電路22輸出的信號(hào)更為穩(wěn)定、精準(zhǔn)。
[0026]本實(shí)施例中，頻率控制字寄存器23、相位累加器24以及正弦波形發(fā)生器25均由復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD, Complex Programmable Logic Device)構(gòu)成，因此,本實(shí)用新型的直接數(shù)字頻率合成器是基于復(fù)雜可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)的直接數(shù)字頻率合成器。
[0027]參見圖4，頻率控制字寄存器23為并行輸入的數(shù)據(jù)寄存器，存儲(chǔ)頻率控制數(shù)據(jù)，因此能夠同時(shí)從多個(gè)輸入端口接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的接收速度較快，其控制更為簡(jiǎn)單。頻率控制字寄存器23接收外部輸入的控制數(shù)據(jù)，并將控制數(shù)據(jù)暫存其中。另外，頻率控制字寄存器23的輸出端連接至相位累加器24，向相位累加器24輸出信號(hào)。
[0028]相位累加器24的位數(shù)可根據(jù)直接數(shù)字頻率合成器的實(shí)際工作要求的分辨率靈活選取。本實(shí)施例中，相位累加器24為32位，若直接數(shù)字頻率合成器的輸出頻率為250M赫茲，則其分辨率約為0.0582赫茲，能夠滿足大部分芯片的工作要求。
[0029]本實(shí)施例中，正弦波形查詢電路25構(gòu)成正弦波形發(fā)生器，其接收相位累加器24輸出的信號(hào)，同時(shí)也接收倍頻電路22輸出的頻率信號(hào)。正弦波形查詢電路25存儲(chǔ)有在不同相位下每一頻率信號(hào)的幅值數(shù)據(jù)，因此正弦波形查詢電路25的存儲(chǔ)單元具有多個(gè)字節(jié)，每一字節(jié)存儲(chǔ)一個(gè)八位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，綜合考慮直接數(shù)字頻率合成器的精度、誤差及復(fù)雜可編程邏輯器件占用資源等因素，正弦波形查詢電路25的存儲(chǔ)容量為256字節(jié)。
[0030]正弦波形查詢電路25中的存儲(chǔ)單元的字節(jié)越多，則其輸出的信號(hào)中采樣點(diǎn)越多。但是，當(dāng)相位累加器24輸出的信號(hào)的頻率很高時(shí)，大多數(shù)采樣點(diǎn)的數(shù)值被舍棄。本實(shí)施例的正弦波形查詢電路25選用帶有256個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元，每字節(jié)八位二進(jìn)制，其共有八位地址線以及八位數(shù)據(jù)線。正弦波形`查詢電路25與并行輸入的相位累加器24的高八位的端口并行連接，相位累加器24其他位的數(shù)據(jù)被舍棄。
[0031]正弦波形查詢電路25并行地向模數(shù)轉(zhuǎn)換器26輸出信號(hào)，參見圖5,數(shù)模轉(zhuǎn)換器26具有R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)以及運(yùn)算放大器，其中R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)電阻，如電阻Rl、R2…R8以及電阻R11、R12…R19，其中，電阻R1、R2…R8中每一個(gè)電阻的阻值相等，且電阻R11、R12…R19的每一個(gè)電阻的阻值也相等，且電阻Rl的阻值是電阻Rll阻值的一半。
[0032]電阻R12、R13?"R19的一端分別連接至正弦波形查詢電路25的一個(gè)輸出端口，因此正弦波形查詢電路25并行地向R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)輸出八位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0033]R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)為低誤差的電阻網(wǎng)絡(luò)，其將正弦波形查詢電路25輸出的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦階梯頻率信號(hào)輸出，R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)輸出的信號(hào)經(jīng)高速運(yùn)算放大器Al緩沖放大后輸出。從圖5可見，R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接至運(yùn)算放大器Al的輸入端，運(yùn)算放大器Al的輸出端向窄帶跟蹤調(diào)諧電路27輸出正弦波信號(hào)。
[0034]參見圖4，窄帶跟蹤調(diào)諧電路27具有電容Cl、二極管D1、D2、并聯(lián)連接的可調(diào)電容C2以及電感LI。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電容C2的電容值，可以使窄帶跟蹤調(diào)諧電路27對(duì)所選頻率處于最佳調(diào)諧狀態(tài)。
[0035]窄帶跟蹤調(diào)諧電路27能有效消除正弦波形查詢電路26輸出的正弦階梯頻率信號(hào)中的雜散與諧波成份。并且，窄帶跟蹤調(diào)諧電路27的電壓可受控于頻率控制字寄存器23所存儲(chǔ)的頻率控制數(shù)據(jù)，即窄帶跟蹤調(diào)諧電路27還接收頻率控制字?jǐn)?shù)據(jù)寄存器23輸出的信號(hào)，從而調(diào)節(jié)輸出頻率的調(diào)諧狀態(tài)。
[0036]電感LI的信號(hào)耦合到電感L2上，并由此將信號(hào)輸出至寬帶緩沖放大器28，因此，直接數(shù)字頻率合成器輸出的信號(hào)由寬帶緩沖放大器28輸出。
[0037]由于直接數(shù)字頻率合成器采用復(fù)雜可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)，其具有使用專用集成芯片實(shí)現(xiàn)的直接數(shù)字頻率合成器所具有的頻率分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有復(fù)雜可編程器件靈活、控制方便的特點(diǎn)。并且，復(fù)雜可編程邏輯器件的輸出端直接連接至R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，省去了專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換集成芯片，使直接數(shù)字頻率合成器具有功耗低、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，并降低了直接數(shù)字頻率合成器的電路復(fù)雜性。
[0038]另外，窄帶跟蹤調(diào)諧電路可以使直接數(shù)字頻率合成器所選頻率點(diǎn)都處于最佳的諧振狀態(tài)，顯著地消除正弦階梯頻率信號(hào)中的雜散與諧波成份，提高輸出信號(hào)的頻譜純度。
[0039]頻率源采用恒溫的晶體振蕩器21及倍頻電路22構(gòu)成，且輸出信號(hào)的頻率特性優(yōu)于專用集成芯片內(nèi)部的鎖相倍頻電路，大大降低了時(shí)鐘源的相位噪聲。同時(shí)外部輸入的高穩(wěn)IOM赫茲時(shí)鐘信號(hào)還可同步控制機(jī)內(nèi)晶體振蕩器，可使時(shí)鐘達(dá)到很高的頻率穩(wěn)定度。
[0040]當(dāng)然，上述實(shí)施例僅是本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，實(shí)際使用時(shí)，還可以有更多的改變，例如，相位累加器與正弦波形查詢電路連接位數(shù)可以是八位以上；或者，窄帶跟蹤調(diào)諧電路的具體電路結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際使用情況調(diào)整，這些改變并不影響本實(shí)用新型的實(shí)施。
[0041]最后需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式，如倍頻電路的倍頻倍數(shù)的改變、相位累加器存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)量的改變等變化也應(yīng)該包括在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.直接數(shù)字頻率合成器，包括 頻率源，所述頻率源向相位累加器輸出頻率信號(hào)，所述相位累加器還接收頻率控制字寄存器輸出的信號(hào)，所述頻率控制字寄存器為并行輸入的寄存器，所述相位累加器向正弦波形發(fā)生器輸出信號(hào)，所述正弦波形發(fā)生器輸出的信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出； 其特征在于: 所述頻率控制字寄存器、所述相位累加器以及所述正弦波發(fā)生器由復(fù)雜可編程邏輯器件構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接至運(yùn)算放大器的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述正弦波形發(fā)生器為正弦波形查詢電路，所述相位累加器的高八位輸出端口向所述正弦波形查詢電路輸出信號(hào)，所述正弦波形查詢電路向所述R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)輸出八位的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器向窄帶跟蹤調(diào)諧電路輸出正弦波信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述窄帶跟蹤調(diào)諧電路具有并聯(lián)連接的可調(diào)電容以及電感。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述窄帶跟蹤調(diào)諧電路接收所述頻率控制字寄存器輸出的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述窄帶跟蹤調(diào)諧電路向?qū)拵Ь彌_放大器輸出信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述頻率源具有恒溫晶體振蕩器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直接數(shù)字頻率合成器，其特征在于: 所述恒溫晶體振蕩器向倍頻電路輸出初始頻率信號(hào)，所述倍頻電路將所述初始頻率信號(hào)倍頻后輸出至所述相位累加器。
【文檔編號(hào)】H03L7/16GK203377864SQ201320444179
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】邱二虎, 陳永泰, 胡國(guó)絳, 王興龍 申請(qǐng)人:珠海市光辰科技有限公司