Способ генерации выходной частоты цифрового синтезатора прямого синтеза

Изобретение относится к электронике, в частности к цифровым синтезаторам прямого синтеза. Достигаемый технический результат - снижение уровня побочных дискретных составляющих выходного сигнала. Способ генерации выходной частоты цифрового синтезатора прямого синтеза включает вычисление кода частоты в соответствии с требуемой величиной выходной частоты, запись его в регистр частоты и подачу кода частоты в аккумулятор фазы, если вычисленное значение кода частоты является дробным, вычисляют первый код частоты, соответствующий округленному до целого числа исходному коду частоты, и дробную часть исходного кода частоты, выбирают второй код частоты, отличающийся на единицу от первого кода частоты, и записывают его в регистр частоты, попеременно считывают из регистра частоты первый и второй коды частоты с периодичностью, определяемой дробной частью исходного кода частоты, код частоты поступает из регистра частоты в аккумулятор фазы, посредством аккумулятора фазы вычисляют адрес, поступающий в ПЗУ регистра фазы, с помощью регистра фазы вычисляют мгновенное значение выходного сигнала в цифровом виде, которое поступает в цифроаналоговый преобразователь и преобразуется в соответствующее значение сигнала в аналоговом виде. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электронике, в частности к цифровым синтезаторам прямого синтеза, и может быть использовано для генерации выходной частоты цифрового синтезатора прямого синтеза (ЦСПС) с низким уровнем нежелательных гармоник в спектре выходного сигнала синтезатора.

Традиционная схема ЦСПС состоит из регистра частоты, аккумулятора фазы, регистра фазы, преобразователя фазы в амплитуду и цифроаналогового преобразователя.

Функционирует данная схема следующим образом. В регистр частоты записывают число в двоичной системе, определяющее значение частоты выходного сигнала синтезатора и называемое кодом частоты. Код частоты поступает на один из входов аккумулятора фазы, на другой вход которого от внешнего источника опорной частоты поступает цифровой сигнал тактовой частоты fCLK. Аккумулятор фазы вычисляет адрес, соответствующий мгновенному значению фазы, и подает его на вход регистра фазы. Последний обычно представляет собой ПЗУ с табличными значениями функции синуса. На выходе регистра фазы получают текущее значение фазы, которое преобразователь фазы в амплитуду превращает в текущее значение сигнала в цифровом виде. Цифроаналоговый преобразователь преобразует это цифровое значение в соответствующее значение напряжения или тока.

Цифровые синтезаторы прямого синтеза (ЦСПС) обеспечивают высокую скорость перестройки частоты, низкий уровень фазового шума. Однако в ходе прямого цифрового синтеза возникают негармонические побочные составляющие из-за эффектов дискретизации и округления в узлах синтезатора. Ошибки, вызывающие появление побочных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала, можно разделить на три типа. К первому типу относятся ошибки, вызванные округлением фазы при адресации ПЗУ с таблицей синтезируемой функции. Второй тип - это ошибки, связанные с конечной разрядностью шины данных. Третий тип включает ошибки, вызванные цифроаналоговым преобразователем. Наибольший вклад в ухудшение спектральных характеристик синтезатора вносят ошибки, связанные с округлением фазы, вызывая появление нежелательных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала синтезатора.

Возникновение паразитных дискретных составляющих в ближней зоне спектра выходного сигнала, соответствующей отстройке 1-150 кГц от основного сигнала, связано с необходимостью округления кода частоты до ближайшего целого числа при его расчете по формуле:

,

где f - синтезируемая частота; N - разрядность аккумулятора фазы (накапливающий сумматор), fCLK - тактовая частота.

Полученное число вносится в цифровом виде в регистр частоты. Из регистра частоты рассчитанный код попадает в аккумулятор фазы. В результате возникает ошибка в значениях частот расчетного и истинного выходного сигнала, которая будет постепенно накапливаться в аккумуляторе фазы. Из-за конечной разрядности аккумулятора фазы, разрядность которого обычно составляет 32 бита, скорость накопления этой ошибки будет достаточной для изменения значения первого значимого бита на единицу при адресации ПЗУ с таблицей синусов синтезируемой функции с определенным периодом, в результате чего будет наблюдаться выброс в спектре выходного сигнала. Это переполнение адреса ПЗУ будет происходить достаточно редко, вследствие чего наблюдаемые паразитные дискретные составляющие будут проявляться только в ближней зоне выходного сигнала.

Однако область отстройки выходного сигнала в диапазоне 0,1-120 кГц попадает в доплеровский диапазон изменения выходной частоты, к которому предъявляются жесткие требования по уровню дискретных паразитных составляющих, уровень которых должен быть не более минус 100-110 дБ.

Известен способ генерации выходной частоты ЦСПС, обеспечивающий подавление дискретных побочных составляющих и описанный в патенте US №4410954, при котором в дополнение к классической структурной схеме синтезатора с фазовым накопителем вводится дополнительный генератор псевдослучайного кода. Периодическое добавление псевдослучайного числа к содержимому фазового накопителя позволяет разрушить когерентность фазовой ошибки и таким образом размыть нежелательные дискретные составляющие в спектре выходного сигнала.

Однако использование данного способа требует введения дополнительных элементов в схему синтезатора, а так как большинство цифровых синтезаторов прямого синтеза выпускается в виде микросхем, то указанный способ требует изменения микросхемы, что в большинстве случаев сделать невозможно.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ генерации частоты сигнала, свободного от негармонических искажений сигнала, описанный в патентной заявке ЕР №543186. В данном способе устанавливают предварительную частоту тактирования fl и задают значение кода частоты (считываемого адреса) в соответствии с выходной частотой. Затем определяют значение отношения количества ячеек памяти ПЗУ к значению кода частоты. Если результат деления является целым натуральным числом, то для синтеза выходной частоты используют предварительную частоту тактирования fl. Если отношение получается с остатком, значение кода частоты изменяют (Р), выбирая его большим значения количества ячеек памяти ПЗУ N, и делят М на него, рассчитывая результат деления M на P. На основе полученных данных вычисляют частоту тактирования f2 для обеспечения требуемой выходной частоты в зависимости от кода частоты Р. Таким образом, для генерации выходной частоты синтезатора используют код частоты Р и частоту тактирования f2. Указанный способ позволяет получить стабильную частоту выходного сигнала, независимую от разрядностей аккумулятора фазы и ПЗУ, и относительно чистый спектр выходного сигнала.

Однако, несмотря на все достоинства описанного метода, он требует изменения схемы ЦСПС и введения перестраиваемого по частоте источника сигнала, чтобы обеспечить изменяемую частоту тактирования. Часто осуществить изменение схемы ЦСПС не представляется возможным, а дополнительный перестраиваемый источник будет вносить дополнительный шум.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение генерации выходного сигнала с низким уровнем побочных спектральных составляющих в спектре выходного сигнала цифрового синтезатора прямого синтеза.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в способе генерации выходной частоты цифрового синтезатора прямого синтеза, включающем вычисление кода частоты в соответствии с требуемой величиной выходной частоты, запись в регистр частоты кода частоты, подачу кода частоты в аккумулятор фазы, вычисление посредством аккумулятора фазы адреса, направляемого в ПЗУ регистра фазы, вычисление посредством регистра фазы мгновенного значения выходного сигнала в цифровом виде и преобразование посредством цифроаналогового преобразователя в соответствующее значение в аналоговом виде, в случае, если вычисленное значение кода частоты является дробным, вычисляют первый код частоты, соответствующий округленному до целого числа коду частоты, и дробную часть исходного кода частоты, выбирают второй код частоты, отличающийся на единицу от первого кода частоты, записывают второй код частоты в регистр частоты, попеременно считывают из регистра частоты первый и второй коды частоты с периодичностью, определяемой дробной частью исходного кода частоты.

Кроме того, заявляется способ, в котором наряду с вышеперечисленными признаками используют второй код частоты, на единицу больший первого кода частоты, и считывают коды частоты с периодичностью, определяемой формулой:

,

где a - количество загрузок первого кода частоты из регистра частоты, b - количество загрузок второго кода частоты из регистра частоты, ΔM - дробная часть исходного кода частоты.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении уровня побочных дискретных составляющих выходного сигнала синтезатора без изменения схемы ЦСПС.

Указанный технический результат достигается за счет использования двух кодов частоты, один из которых соответствует коду частоты, рассчитанному в соответствии с требуемым значением частоты выходного сигнала и округленному до целого числа, а второй отличается от первого на единицу; и переключения между ними в процессе генерации с периодичностью, достаточной для компенсации ошибки, возникающей за счет округления кода частоты. При этом переключение на ближайший возможный код частоты обеспечивает генерацию сигнала на другой, но ближайшей к несущей частоте, которая компенсирует накопление ошибки. Благодаря компенсации накапливающейся ошибки не происходит периодических выбросов, проявляющихся в виде побочных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала. Наряду с подавлением побочных дискретных составляющих происходит снижение фазового шума в ближней зоне от несущей при отстройке 200 кГц. Уровень подавления достигает 20 дБ. Заявляемый способ позволяет целенаправленно снижать уровень побочных дискретных составляющих без внесения дополнительного фазового шума и без изменения схемы ЦСПС.

Способ осуществляют следующим образом. На вход CLOCK ЦСПС подают сигнал с тактовой частотой, исходя из условия, что требуемая частота на выходе должна быть не более 0,4 от тактовой частоты. Для синтеза требуемой частоты рассчитывают значение сдвига фазы - кода частоты в соответствии с формулой:

,

где f - синтезируемая частота; N - разрядность аккумулятора фазы, fCLK - тактовая частота.

Полученное значение кода частоты округляется до целого числа. Данное округление вносит накапливаемую ошибку в выходной сигнал, которая проявляется в виде побочных спектральных составляющих в спектре выходного сигнала. При переполнении аккумулятора фазы происходит выброс накопившейся ошибки в виде побочной спектральной составляющей, расположенной вблизи несущей и которую невозможно подавить в том числе и узкополосным фильтром из-за ограничения полосы пропускания фильтра при фильтрации основного сигнала.

Для решения этой проблемы необходимо обеспечить компенсацию возникающей ошибки.

В один из регистров частоты записывают первый код частоты М, выраженный в двоичном представлении и характеризующий приращение фазы. Для каждой конкретной частоты определяют ошибку, соответствующую отбрасываемым числам после запятой, по формуле: ΔM=M0-M, где M0 - исходный неокругленный код частоты, M - первый код частоты, представляющий собой округленный до целого числа исходный код частоты.

В другой регистр частоты записывают следующее значение кода частоты M1=M+1 - второй код частоты, и переключают коды с периодичностью, зависящей от величины ошибки.

Периодичность переключения кодов частоты определяют по формуле:

,

где a - количество загрузок первого кода частоты из регистра частоты, b - количество загрузок второго кода частоты из регистра частоты, ΔM - дробная часть исходного кода частоты.

Такой подход, отличающийся от известных способов подавление побочных спектральных составляющих, приводит к тому, что уровень побочной дискретной составляющей снижается, переходя в фазовый шум вблизи несущей.

Пример.

Конкретная реализация заявляемого способа представлена для частоты f=336 МГц при тактовой частоте fCLK=1008 МГц и разрядности аккумулятора фазы N=32 бита для микросхемы AD9910 фирмы Analog Devices. Расчет кода частоты М0 осуществляют по формуле:

.

M0=1431655765,3(3) в десятичном коде.

В регистре частоты происходит перевод исходного кода частоты М0 в шестнадцатеричную систему счисления с округлением до целого числа. Таким образом, преобразованный регистром частоты код имеет вид M=55555555 в шестнадцатеричной системе счисления. В десятеричной системе счисления: М=1431655765. Затем рассчитывают второй код частоты M1, равный увеличенному на единицу первому коду частоты М: М1=М+1. Таким образом, второй код частоты равен M1=55555556 в шестнадцатеричной системе счисления и M1=1431655766 в десятеричной системе счисления.

Рассчитывают относительную ошибку ΔМ, возникающую при округлении исходного кода частоты М0 до целого числа М, по формуле:

ΔM=M0-M.

Для данного конкретного примера ΔM=1/3.

Рассчитывают относительную ошибку ΔM1, возникающую при использовании кода частоты M1, по формуле:

ΔM1=M0-М1.

Для данного конкретного примера ΔМ1=-2/3.

Для определения частоты переключения между первым кодом частоты М и вторым кодом частоты M1 составляют линейную комбинацию ΔM и ΔM1, которая необходима для компенсации ошибки, возникающей при использовании кодов частоты M и M1, отличающихся от исходного M0, по формуле:

Δ=a·ΔM+b-ΔM1.

Полная компенсация достигается, когда A стремится к 0.

Затем определяют коэффициенты a и b, которые задают частоту переключения между округленным кодом частоты M и вторым кодом частоты M1. Т.е. значение коэффициента а соответствует количеству загрузок частоты, соответствующему количеству непрерывных считываний первого кода М из регистра частоты, после чего происходит загрузка частоты, соответствующая второму коду M1, с продолжительностью, соответствующей значению коэффициента b.

Для данного конкретного примера линейная комбинация примет вид: 0=a·1/3+b·(-2/3).

Отсюда a=2, b=1.

Для данного конкретного примера на Фиг.1 изображен спектр выходного сигнала ЦСПС с полосой обзора 1 МГц с использованием компенсации ошибки (а) и без нее (б). На Фиг.2 изображен фазовый шум выходного сигнала ЦСПС с частотой 336 МГц с полосой обзора 1 МГц при частоте тактового сигнала 1008 МГц с использованием компенсации ошибки (-) и без нее (--).

1. Способ генерации выходной частоты цифрового синтезатора прямого синтеза, включающий вычисление кода частоты в соответствии c требуемой величиной выходной частоты, запись в регистр частоты кода частоты, подачу кода частоты в аккумулятор фазы, вычисление посредством аккумулятора фазы адреса, направляемого в ПЗУ регистра фазы, вычисление посредством регистра фазы мгновенного значения выходного сигнала в цифровом виде и преобразование посредством цифроаналогового преобразователя в соответствующее значение в аналоговом виде, отличающийся тем, что в случае, если вычисленное значение кода частоты является дробным, вычисляют первый код частоты, соответствующий округленному до целого числа коду частоты, и дробную часть исходного кода частоты, выбирают второй код частоты, отличающийся на единицу от первого кода частоты, записывают второй код частоты в регистр частоты, попеременно считывают из регистра частоты первый и второй коды частоты с периодичностью, определяемой дробной частью исходного кода частоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют второй код частоты, на единицу больший первого кода частоты, и считывают коды частоты с периодичностью, определяемой формулой:
,
где a - количество загрузок первого кода частоты из регистра частоты,
b - количество загрузок второго кода частоты из регистра частоты,
ΔM - дробная часть исходного кода частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах для преобразования частот, модуляции и формирования радиосигналов.

Изобретение относится к области связи и может использоваться для управления точными источниками частоты в сотовых телефонах или других устройствах связи. .

Изобретение относится к технике связи, а именно к радиотехническому оборудованию, и может быть использовано в системах и средствах управления воздушным движением. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемных устройствах в качестве малогабаритного переключаемого по частоте гетеродина. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в цифровых вычислительных синтезаторах (ЦВС) многоуровневых сигналов. .

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке источников сигнала СВЧ-диапазона. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для формирования сетки стабильных частот с равномерным шагом в приемных и передающих устройствах с малым временем перестройки в широком диапазоне рабочих частот.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве быстро переключаемого по частоте гетеродина приемника и в других устройствах, где требуется быстрая перестройка по частоте при чистом спектре выходного сигнала.

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может быть использовано в квантовых стандартах частоты пассивного типа с квантовыми дискриминаторами на основе газовых ячеек или атомно-лучевых трубок.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неизолированной линии электропередачи трехпроводного исполнения.

Изобретение относится к устройствам для приведения в действие колебательного блока виброрезонатора. .

Изобретение относится к радиотехнике. .

Изобретение относится к системам связи и, в частности к системам, в которых средства связи многократно используются при наземной связи. .

Изобретение относится к устройствам для уменьшения нежелательных электромагнитных излучений. .

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в аппаратуре различного назначения при обработке как импульсных, так и аналоговых сигналов.

Генератор // 1356177
Изобретение относится к радиотехнике и повышает стабильность. .

Изобретение относится к синтезаторам на основе петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Технический результат заключается в уменьшении уровня побочных дискретных составляющих выходного радиочастотного сигнала при одновременном снижении уровня фазовых шумов. Для получения радиочастотного сигнала получают сигнал частотой Fсинхр, тактируют этим сигналом первую микросхему прямого цифрового синтеза для получения опорного сигнала частотой Fdds1=α1Fсинхр. Сравнивают фазу и частоту опорного и синхронизируемого сигнала для выработки аналогового напряжения, пропорционального фазовому и/или частотному рассогласованию, фильтруют полученное напряжение по низкой частоте и подают это напряжение на генератор, управляемый напряжением, для получения на его выходе сигнала частотой Fвых. Ответвляют часть полученного сигнала в контур отрицательной обратной связи для его частотного преобразования с последующей подачей преобразованного сигнала на фазочастотный детектор в качестве синхронизируемого. Частотное преобразование осуществляют при помощи второй микросхемы прямого цифрового синтеза, тактируя ее сигналом частотой Fвых-DFсинхр, получаемым путем смешивания сигналов с частотами Fвых и DFсинхр с дальнейшим выделением разностной составляющей, для получения на ее выходе сигнала частотой Fdds2=α2(Fвых-DFсинхр), где D - коэффициент деления частоты для тактирования первой микросхемы прямого цифрового синтеза. При этом коэффициенты α1 и α2 выбирают, исходя из условия непопадания их в предварительно определенные «запрещенные» области значений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электронике, в частности к цифровым синтезаторам прямого синтеза. Достигаемый технический результат - снижение уровня побочных дискретных составляющих выходного сигнала. Способ генерации выходной частоты цифрового синтезатора прямого синтеза включает вычисление кода частоты в соответствии с требуемой величиной выходной частоты, запись его в регистр частоты и подачу кода частоты в аккумулятор фазы, если вычисленное значение кода частоты является дробным, вычисляют первый код частоты, соответствующий округленному до целого числа исходному коду частоты, и дробную часть исходного кода частоты, выбирают второй код частоты, отличающийся на единицу от первого кода частоты, и записывают его в регистр частоты, попеременно считывают из регистра частоты первый и второй коды частоты с периодичностью, определяемой дробной частью исходного кода частоты, код частоты поступает из регистра частоты в аккумулятор фазы, посредством аккумулятора фазы вычисляют адрес, поступающий в ПЗУ регистра фазы, с помощью регистра фазы вычисляют мгновенное значение выходного сигнала в цифровом виде, которое поступает в цифроаналоговый преобразователь и преобразуется в соответствующее значение сигнала в аналоговом виде. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх