[发明专利]一种补偿式直接数字频率合成器

说明书

本发明提供了一种补偿式的直接数字频率合成器(DDS)。该直接数字频率合成器对相位截断和幅度量化误差进行补偿。其除了包括传统DDS中的相位累加器、正弦查找表、数模转换器和低通滤波器外，还包括：相位累加寄存器，相位截断补偿系数计算器，延时对齐单元1，相位截断补偿器，正弦查找误差表，加法器，延时对齐单元2，幅度量化误差补偿系数计算器，延时对齐单元3，幅度量化误差补偿器。这些模块主要用于产生误差信号、标准信号和对齐数据，再计算补偿系数，然后对正弦查找表输出的数据进行线性和非线性补偿，最后输送给数模转换器。本发明采用了并行开环补偿方式，不会影响DDS的频率切换时间，可以进一步降低DDS的输出杂散。

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术、微电子技术领域，尤其涉及一种直接数字频率合成器。

背景技术

直接数字频率合成(DDS)是现代数字信号处理理论与微电子技术相结合而产生的一种新型频率合成技术。近些年在跳频和扩频通信、线性调频、多普勒响应模拟等领域得到了广泛应用，并已成为雷达、电子战等系统中频率合成的首选,是频率合成的第三代方案。

DDS的工作原理是根据正弦函数的产生，从相位出发，由不同的相位给出不同的电压幅度，即相位到正弦幅度变换，最后滤波，平滑输出所需要的频率。由于DDS采用了不同于传统频率合成方法的数字结构，因而具备许多直接式和间接式频率合成技术所不具备的特点。

DDS主要具有以下几个突出优点：优点一，高频率分辨率。若相位累加器的位数为N，则输出频率可以达到系统时钟的2^N分之一，而目前的DDS芯片相位累加器位数达到48位，具有极高的频率分辨率；优点二，频率切换速度快。DDS为一个开环系统，无反馈回路。因此其频率切换时间仅取决于置码控制时间和器件的响应时间。目前DDS可通过多个寄存器预存频率控制字，由控制码选择不同的频点输出，主要取决于器件的响应时间，一般可达纳秒量级；优点三，相位连续特性。DDS输出频率的变化主要是通过控制相位累加的速率，在频率捷变过程中，若不清除相位累计器，新的频率信号相位直接累加到原信号相位上，保持了频率捷变时的相位连续性。在许多应用系统中，需要捷变频信号的相位连续，以避免相位信息的丢失和出现离散频率分量，这在其它的频率合成方法中很难实现。

但是传统DDS的结构也决定了其不可避免的缺陷：缺陷一，杂散指标较难提高。由于目前器件工艺和制作成本的限制，往往会将相位累加器中的相位进行截位，以节约ROM容量。幅度量化也存在误差，DAC无法完全线性化。这些均会带来不同程度的杂散，分布在信号频率近端时是较难通过滤波器进行抑制；缺陷二，最高输出频率受DAC速率限制。

综上，DDS虽具有很多优势，但也固有一些局限性,工程上往往结合锁相环的混合式频率合成技术进行互补，但在系统输出带宽较宽时，杂散指标更易恶化，影响系统性能。本发明则是采用了并行开环补偿方式对相位截断误差和幅度量化误差进行线性和非线性补偿，不会影响DDS的频率切换时间等优点，可以进一步降低DDS的输出杂散。

发明内容

本发明的实施例提供了一种可以并行开环补偿式的直接数字频率合成器，补偿系数可以根据输出频率自适应调整，进一步降低DDS的输出杂散。

本发明的实施例提供的补偿式直接数字频率合成器结构和补偿方法，除了包括传统DDS中的相位累加器、正弦查找表、数模转换器和低通滤波器外，还包括：

相位累加器，正弦查找表，相位累加寄存器；相位截断补偿系数计算器；延时对齐单元1；相位截断补偿器；正弦查找误差表；加法器；延时对齐单元2；幅度量化误差补偿系数计算器；延时对齐单元3；幅度量化误差补偿器采用同一时钟频率，第n个时钟周期，对应第n组数据，其中n＝0，1，2，…。n＝0时为初始数据，除特殊要求外所有初始数据为0。