直接数字频率合成方法和直接数字频率合成器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字信号处理，特别是涉及一种直接数字频率合成方法和一种直接数 字频率合成器。
【背景技术】
[0002] 在一些需要进行正弦波的频率调节的应用中，对频率的可调性要求很高。例如PZT 架构的陀螺仪传感器的共振频率的调节，其频率的可调性要达到〇. 1赫兹以下。DDS(Direct DigitalSynthesizer，直接数字频率合成）提供了一种以数字方式来精确控制正弦频率的 方法。
[0003] DDS的工作原理是基于正弦波每隔2 π相角循环一次的特性，利用相位累加模块 (Ν位）来等分0~2π相位为2Ν个单元，再根据不同的频率要求，每隔一段时间增加一个 频率控制字的角度到相位累加模块中，可以由相位累加模块输出的相角经正弦查表得出信 号幅度，经数模转换得到正弦波的输出。其中相位累加模块的溢出代表一个2π相角的循 环。
[0004] 对于一个频率控制字为Μ的一次调节，经Ν位的相位累加模块的处理，DDS最终正 弦波的频率f。与工作基频f。具有如下关系：
[0005] fD = (MXfc)/2N〇
[0006] 当2N/M为整数时，该次调节不会出现相位截断，而其他情况则会因为相位截断会 有大大小小的误差。因此，传统的DDS实际上能够输出的频率精度十分有限，也限制了其应 用范围。
[0007] 另一方面，如上所述，目标信号的幅度生成是通过正弦查找表实现的。基于传统的 DDS，仍然可以通过减少相位累加模块舍弃相位的位数，增加正弦查找表的大小，从而减少 相位舍弃误差。但是正弦查找表的深度是与地址位数成指数关系的，无法使用的合理的成 本来构建一个庞大的正弦查找表以降低相位误差。
【发明内容】
[0008] 基于此，有必要提供一种低成本且可以减少相位截断误差的直接数字频率合成
[0009] -种直接数字频率合成方法，包括以下步骤：
[0010] 相位累加模块根据频率合成字计算得到第一相位；
[0011] 根据所述第一相位，通过预设的正弦查找表查找得到幅度值；
[0012] 根据所述幅度值，通过预设的相位查找表查找得到第二相位；
[0013] 若所述第二相位小于第一相位，则对所述幅度值进行调整后输出；否则输出原幅 度值；
[0014] 数模转换器根据输出的幅度值进行数模转换得到正弦波输出；
[0015] 其中，对于N位的相位累加模块和D位的数模转换器，所述预设的相位查找表包含 2D ^1个对应于0~2D ^2幅度的相位边界值记录，每个相位边界值采用N-2位存储。
[0016] 在其中一个实施例中，％和ψ2是相位累加模块在第一象限的相邻数值，获得所 述预设的相位查找表的步骤包括：
[0017] 从φ:1为0开始，判断是否与相等，若二 者不相等，则将Φι的末N-2位存入所述相位查找表，并将奶和物同时增加1后再判断 (2^-1)8^1^/2^是否与(2^-1^11(92/2^相等；否则直接将奶和牝同时增加1后再判 断(2D-是否与(2^-1)8^1(92/23 相等；
[0018] 如此反复直至pM-Osii^qvf)等于2DΜ。
[0019] 在其中一个实施例中，所述根据所述幅度值，通过预设的相位查找表查找得到第 二相位的步骤包括：
[0020] 根据相位累加模块的高二位和相位查找表输出的0~/2之间的相位值还原得 到位于第一至第四象限的相位边界值。
[0021] 在其中一个实施例中，对所述幅度值进行的调整包括增加或减少预设值。
[0022] -种直接数字频率合成器，包括：
[0023] 相位累加模块，用于根据输入的频率控制字计算得到第一相位；
[0024] 正弦计算模块，用于根据所述第一相位计算得到幅度值；
[0025] 其特征在于，还包括：
[0026] 幅度修正模块，用于根据由第一相位得到的幅度值，通过预设的相位查找表查找 得到第二相位，若所述第二相位小于第一相位，则对所述幅度值进行调整后输出；否则输出 原幅度值；
[0027] 模数转换模块，用于根据所述幅度值进行数模转换得到正弦波输出；
[0028] 其中，对于N位的相位累加模块和D位的数模转换器，所述预设的相位查找表包含 2D ^1个对应于0~2D ^2幅度的相位边界值记录，每个相位边界值采用N-2位存储。
[0029] 在其中一个实施例中，所述相位查找表中存储0~π/2之间的相位值及对应的幅 度值，对0~η/2之间的多个依次相邻的相角，若其对应的幅值相等，则将该幅值与该多个 依次相邻的相角中最大的相角对应存储。
[0030] 在其中一个实施例中，所述幅度修正模块包括：
[0031] 存储单元，用于存储相位查找表；
[0032] 相位调适比较单元，用于根据所述相位查找表获取第二相位，并与所述第一相位 比较；
[0033] 正弦调适单元，用于根据所述相位调适比较单元的比较结果对所述幅度值进行调 整。
[0034] 在其中一个实施例中，所述相位调适比较单元包括：
[0035] 第一选择器，用于根据相位累加模块的高二位选择0、π和2 π中的一个；其中当 高二位为01或10时，第一选择器的输出均为π;
[0036] 第二选择器，用于根据相位累加模块的次高位选择相位查找表的原始输出或原始 输出的负值，
[0037] 第一加法器，用于将第一选择器和第二选择器的输出结果相加；
[0038] 比较器，用于将所述第一加法器的输出结果与相位累加模块的输出结果进行比 较，并输出比较结果。
[0039] 在其中一个实施例中，所述正弦调适单元包括：
[0040] 第三选择器，用于根据所述相位调适比较单元的比较结果选择调整值；
[0041] 第二加法器，用于将第三选择器和正弦计算模块的输出结果相加并输出。
[0042] 由于传统DDS的处理总是存在相位截断误差，而上述直接数字频率合成方法和直 接数字频率合成器，通过对相角的再次比较和处理，能够反映出相位截断的程度，对截断较 多的情况进行补偿可减小误差、提高精度。同时，在正弦查找表中经常会是以多个相位对应 于同一个正弦值，正弦查找表的深度至少要高于正弦输出的分辨率4倍以上。如果通过增 加其精度来减小截断误差，其成本相对较高。而新增的相位查找表是以一个正弦值对应一 个相位边界值的方式来建表，因此相位查找表的深度与正弦输出的分辨率相当，可以基于 所需的正弦分辨率有效的消除相位误差，而成本也不会很高。
【附图说明】
[0043]图1为一实施例的直接数字频率合成方法流程图；
[0044] 图2为获得相位查找表的流程图；
[0045] 图3为一实施例的直接数字频率合成器模块图；
[0046] 图4为图3中相位调适比较单元的模块图；
[0047] 图5为图3中正弦调适单元的模块图。
【具体实施方式】
[0048]如图1所示，为一实施例的直接数字频率合成方法流程图。该方法包括以下步骤。
[0049] 步骤S101:相位累加模块根据频率合成字计算得到第一相位。在DDS中，频率合 成字也叫频率控制码，是用户输入的用于控制频率调节的数据。频率合成字存储在频率控 制寄存器中。相位累加模块根据频率合成字在每个时钟周期内进行累加，得到一个相位值， 本实施例中称为第一相位。
[0050] 步骤S102:根据所述第一相位，通过预设的正弦查找表查找得到幅度值。预设的 正弦查找表是以相位为地址、幅度值为内容的查找表。传统一般采用具有相关功能的芯片 实现。在此不赘述。
[0051] 步骤S103:根据所述幅度值，通过预设的相位查找表查找得到第二相位。
[0052] 步骤S104:比较第二相位和第一相位，若第二相位小于第一相位，则执行步骤 S105,否则执行步骤S106。
[0053] 步骤S105:对所述幅度值进行调整后输出。若第二相位小于第一相位，则表示相 位截断过多，需要对其幅度值进行一定的补偿以对应到正确的相位或与正确相位更加接近 的相位。其中的补偿值是定值。
[0054] 步骤S106 :输出原幅度值。
[0055] 步骤S107:数模转换器根据输出的幅度值进行数模转换得到正弦波输出。
[0056] 其中，对于N位的相位累加模块和D位的数模转换器，所述预设的相位查找表包含 2D ^1个对应于0~2D ^2幅度的相位边界值记录，每个相位边界值采用N-2位存储。
[0057] 由于传统DDS的处理不包括步骤S103~S106,因此在获得幅值时，总是存在相位 截断误差。而通过步骤S103~S106对相角的再次比较和处理，能够反映出相位截断的程 度，对截断较多的情况进行补偿可减小误差、提高精度。同时，在正弦查找表中经常会是以 多个相位对应于同一个正弦值，正弦查找表的深度至少要高于正弦输出的分辨率4倍以 上。如果通过增加其精度来减小截断误差，其成本相对较高。而新增的相位查找表是以一 个正弦值对应一个相位边界值的方式来建表，因此相位查找表的深度与正弦输出的分辨率 相当，可以基于所需的正弦分辨率有效的消除相位误差，而成本也不会很高。
[0058] 本实施例中，参考图2,采用如下方法获得预设的相位查找表。
[0059] %和φ2是相位累加模块在第一象限的相邻数值。从_为0开始（此时92为 1)，判断αΜ-?χφΜν)是否与相等，若二者不相等，则将奶的末Ν-2位存入所述相位查找表，并将_和cp2同时增加1后再判断（2D4-1 是否与 相等；否则直接将φι和φ2:同时增加1后再判断是否 与相等。如此反复直至(2^-1)8^(^/23等于f匕2。
[0060] 进一步地，基于上述获得相位查找表的方法，相位查找表可以输出0