[实用新型]一种基于非2的整次幂数字频率合成技术的频率转换设备

说明书

技术领域

本实用新型属于数字频率合成技术领域，尤其涉及一种基于非2的整次幂数字频率合成技术的频率转换设备。 

背景技术

直接数字频率合成器技术是一种新的频率合成方法，与传统模拟的频率合成器相比，直接数字频率合成器具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，是无线通信设备系统实现全数字化的一个关键技术。 

目前成熟的直接数字频率合成器技术主要由两部分组成：相位累加器和波形存储器，在工作时钟的驱动下，相位累加器对频率控制字进行线性累加，输出相位字对波形存储器进行查表寻址，使之输出幅度相位连续变化的波形信号。 

N位相位累加器将相位圆周分成2^N个相位点，其相位的分辨率为Δφ＝2π/2^N。已知其工作时钟频率为F_s，最小频率间隔为Δf＝F_s/2^N。直接数字频率合成器输出的频率为F_out，可以计算出频率控制字为Fw＝F_out/F_s*2^N。频率控制字累加后的结果是相位字，相位字大于2^N时溢出取其余数，其溢出的频率就是直接数字频率合成器输出信号的频率。 

if[Pw(i)≤2^N] 

Pw(i+1)＝Pw(i)+Fw 

else 

Pw(i+1)＝Pw(i)-2^N

通过累加得到的相位字进行查表即可输出信号。 

对一个周期内标准余弦信号进行2^N采样，得到的采样点存入波形存储器 中。在实际应用中，利用正弦波的对称性，将2π范围内的幅值、相位点映射到π/2范围内，降低4倍存储量，只需要存储2^N个采样点中的2^N-2个采样点。 

对于N位的相位累加器，输出频率的频率字为Fw＝F_out/F_s*2^N，Fw应为正整数。由公式知：只有当工作频率F_s和输出频率F_out是2的整次幂倍数关系时，才能整除，否则计算的频率字就会有误差。在实际应用中，对频率合成器的要求通常是：主时钟频率为Fs，要求输出频率为K*DF的正余弦波信号，其中，DF为步进频率，k＝Kmin～Kmax表示一段连续的整数范围，而通常Fs和DF不满足2的整次幂倍数关系。为了解决这一问题，通常的做法是增加相位累加器的位数N，N越大造成的频率误差也越小。但这样会使波形存储器相当庞大，折中的办法是相位累加器的位数N可以较大，但截取相位累加器的高M位作为波形存储器的寻址地址，低位不参与寻址，然而这样会引入波形幅度误差。为了使频率误差和波形幅度达到可接收的范围，需要较大的N和M数值，也使波形存储器占用大量资源。 

发明内容

本实用新型提供了一种基于非2的整次幂数字频率合成技术的频率转换设备，旨在解决现有技术提供的数字频率合成器只有当工作频率和输出频率是2的整次幂倍数关系时才能整除，否则计算的频率字就会有误差，以及波形存储器占用大量资源的问题。 

本实用新型的技术方案是这样实现的，一种基于非2的整次幂数字频率合成技术的频率转换设备，该频率转换设备由输入射频单元、AD单元、输入数字变频单元、数字信号处理单元、输出数字变频单元、DA单元、输出射频单元依次连接而成；所述输入数字变频单元为配置有输入数字频率合成器的输入数字变频单元；所述输出数字变频单元为配置有输出数字频率合成器的输出数字变频单元。 

进一步，所述输入数字变频单元和输出数字变频单元是通过硬件平台FPGA实现，硬件平台FPGA芯片采用Altera公司的EP4CE115F23C8器件。 

本实用新型提供的基于非2的整次幂数字频率合成技术的频率转换设备，由输入射频单元、AD单元、输入数字变频单元、数字信号处理单元、输出数字变频单元、DA单元、输出射频单元依次连接而成；在为Fs情况下，输出正余弦信号的频率为的整数倍，而仅要求主时钟频率是输出频率步进值的整倍数，并且没有频率误差，波形幅度误差只受数值位宽影响而没有不受相位字位宽截取的影响；相位圆周上的相位点数不需要是2的整次幂，减小了相位字的冗余度，减小了查表的容量，增加了直接数字频率合成器输出频率的灵活性，拓宽了直接数字频率合成器应用范围，具有较强的推广与应用价值。