利用δ-∑調(diào)制的信號(hào)誤差校正的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)總體上涉及頻率合成器，并且更具體地，涉及用于在數(shù)控振蕩器中生成誤 差校正信號(hào)的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 直接數(shù)字合成器(DDS)是如下的一類數(shù)字振蕩器，該數(shù)字振蕩器能夠從單個(gè)固定 頻率、參考振蕩器，生成在各種可容易調(diào)整的頻率下的波形的范圍。然而，相對(duì)于諸如由GPS 提供的這樣絕對(duì)時(shí)間基礎(chǔ)或其它這種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基礎(chǔ)參考，參考振蕩器總是經(jīng)受精確性和穩(wěn) 定性的誤差。參照?qǐng)D1，圖1示出了示例DDS 10的簡(jiǎn)化框圖。DDS 10包括參考時(shí)鐘振蕩器12， 在這個(gè)示例中該參考時(shí)鐘振蕩器12示出為壓電晶體振蕩器。DDS 10包括數(shù)控振蕩器(NCO) 14。在這個(gè)具體示例中，DDS 10包括:數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 16和低通濾波器(LPF) 18,該低通濾 波器(LPF)18用于產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)，但是在其它的示例中，來(lái)自NCO 14的數(shù)字信號(hào)輸出可 以在不具有模擬轉(zhuǎn)換的情況下進(jìn)行使用。NCO 14接收來(lái)自參考振蕩器12的固定頻率振蕩器 定時(shí)信號(hào)，并且在所選擇的頻率下創(chuàng)建具有所需波形（例如，在許多實(shí)施方式中，是正弦曲 線)的數(shù)字信號(hào)。
[0003] 用于生成固定頻率振蕩器信號(hào)的參考振蕩器12通常是壓電晶體振蕩器。壓電晶體 振蕩器使用振蕩晶體(諸如石英）的機(jī)械共振，來(lái)創(chuàng)建具有非常精確頻率的信號(hào)?；诰w 的外形和安裝，晶體振蕩器的使用是需要的，這是由于它們?cè)谏删_頻率的電信號(hào)方面 的穩(wěn)定性。晶體振蕩器具有精確性和穩(wěn)定性，但是有時(shí)由環(huán)境因素(諸如，溫度)和有時(shí)由于 晶體的老化，導(dǎo)致了它們?nèi)菀桩a(chǎn)生短期和長(zhǎng)期漂移。短期和長(zhǎng)期漂移影響了使用在NCO 14 中的所生成的時(shí)鐘信號(hào)的相位和/或頻率。這個(gè)導(dǎo)致了晶體振蕩器的標(biāo)稱工作頻率的相對(duì) 頻率偏移。在一些實(shí)施方式中，參考振蕩器12可以是除了壓電晶體之外的定時(shí)源。幾乎所有 的定時(shí)源經(jīng)受一定量的精確性和穩(wěn)定性漂移困擾。來(lái)自參考振蕩器的振蕩器信號(hào)中的誤差 直接地導(dǎo)致了由NC014產(chǎn)生的信號(hào)的相位和/或頻率中的誤差。
[0004]由于來(lái)自參考振蕩器的信號(hào)中的誤差，所以已使用各種方法來(lái)對(duì)由直接數(shù)字合成 器生成的信號(hào)中的輸出誤差加以校正。作為示例，在晶體振蕩器的情況下，通過(guò)輸入電壓可 以調(diào)整晶體共振電容負(fù)載。針對(duì)晶體電容的調(diào)整可以偏置或部分地補(bǔ)償漂移誤差。在另一 個(gè)示例中，來(lái)自參考振蕩器的振蕩器信號(hào)中的誤差的影響，可以NCO中通過(guò)改變具有使用在 數(shù)控振蕩器中的恒定偏置的頻率字（即，調(diào)整步長(zhǎng))加以校正。不幸的是，這些當(dāng)前方法可以 是過(guò)于復(fù)雜和/或缺乏用于調(diào)整漂移誤差必要的精細(xì)的精確性。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 通過(guò)示例的方法，現(xiàn)將參照示出本申請(qǐng)的示例實(shí)施方式的附圖，并且其中：
[0006] 圖1示出直接數(shù)字合成器的簡(jiǎn)化方框圖；
[0007] 圖2示出使用直接數(shù)字合成器中的數(shù)控振蕩器的部分方框圖；
[0008] 圖3示出根據(jù)本申請(qǐng)的一方面的數(shù)控振蕩器的一個(gè)示例的簡(jiǎn)化方框圖；
[0009]圖4以方框的形式示出與誤差測(cè)量電路一起的示例數(shù)控振蕩器;以及
[0010]圖5示出具有共享公共參考振蕩器和誤差測(cè)量電路的多個(gè)DDS的示例系統(tǒng)的框圖；
[0011] 圖6以方框的形式示出與誤差測(cè)量電路一起的數(shù)控振蕩器的另一個(gè)示例。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 描述了用于參考振蕩器的長(zhǎng)期相位漂移的補(bǔ)償?shù)姆椒?、裝置和系統(tǒng)。所述參考振 蕩器可以在諸如數(shù)控振蕩器中生成數(shù)字輸出信號(hào)。所述方法包括以下步驟:確定振蕩器信 號(hào)中的與外部時(shí)間基礎(chǔ)比較的相位誤差；對(duì)所述相位誤差進(jìn)行A-Σ調(diào)制（Delta-Sigma modulation)，以生成Δ - Σ誤差比特流;基于所述Δ - Σ誤差比特流，在每個(gè)時(shí)鐘周期中從 相位增量值對(duì)誤差校正步長(zhǎng)進(jìn)行有條件地相加或相減，以創(chuàng)建調(diào)制相位增量值；以及將所 述調(diào)制相位增量值相加至相位累加器，以生成誤差校正輸出數(shù)字信號(hào)。A-Σ基礎(chǔ)誤差校正 方法避免了使用乘法器。如果由相同參考振蕩器驅(qū)動(dòng)，則相同的A-Σ誤差信號(hào)能夠在被配 置為不同輸出頻率的多個(gè)數(shù)控振蕩器中加以使用。
[0013] 在一個(gè)方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于在數(shù)控振蕩器中產(chǎn)生誤差校正定時(shí)信號(hào)的 方法，所述數(shù)控振蕩器包括相位累加器，通過(guò)振蕩器信號(hào)在一個(gè)時(shí)鐘周期下對(duì)所述相位累 加器加以計(jì)時(shí)。所述方法包括以下步驟:在每個(gè)時(shí)鐘周期中，基于所存儲(chǔ)的相位增量值，通 過(guò)如下方式來(lái)生成調(diào)制相位增量值:將所述相位增量值移位預(yù)定比特移位，以創(chuàng)建誤差校 正步長(zhǎng);基于A - Σ調(diào)制誤差信號(hào)將符號(hào)添加至所述誤差校正步長(zhǎng)，以產(chǎn)生有符號(hào)誤差校正 步長(zhǎng)；以及將所述有符號(hào)誤差步長(zhǎng)相加至所述相位增量值，以產(chǎn)生所述調(diào)制相位增量值。所 述方法還包括:在每個(gè)時(shí)鐘周期中，將所述調(diào)制相位增量值相加至在所述相位累加器中的 輸出值，以創(chuàng)建更新的輸出值，然后所更新的輸出值被存儲(chǔ)在所述相位累加器中。
[0014] 在另一方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于校正數(shù)控振蕩器中的晶體振蕩器的長(zhǎng)期相 位漂移的方法，所述數(shù)控振蕩器具有相位增量值，并且包括相位累加器。由來(lái)自所述晶體振 蕩器的振蕩器信號(hào)在時(shí)鐘周期處加以計(jì)時(shí)。所述方法包括以下步驟:確定所述振蕩器信號(hào) 中的與外部時(shí)間基礎(chǔ)比較的相位誤差;對(duì)所述相位誤差進(jìn)行A-Σ調(diào)制，以生成Δ-Σ誤差 比特流;基于所述A-Σ誤差比特流，在每個(gè)時(shí)鐘周期中從所述相位增量值對(duì)誤差校正步長(zhǎng) 進(jìn)行有條件地相加或相減，以創(chuàng)建調(diào)制相位增量值；以及將所述調(diào)制相位增量值相加至相 位累加器，以生成誤差校正輸出數(shù)字信號(hào)。
[0015] 在另一方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于基于參考晶體振蕩器生成具有一選擇頻率 的誤差校正數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，其中，所述振蕩器在一振蕩器頻率下輸出振蕩器信號(hào)。所述系 統(tǒng)包括:存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)相位增量值;相位累加器，在所述偏振器頻率下對(duì)所 述相位累加器進(jìn)行計(jì)時(shí)；誤差測(cè)量電路，所述誤差測(cè)量電路用于確定所述振蕩器信號(hào)中的 與外部時(shí)間基礎(chǔ)比較的相位誤差；A - Σ調(diào)制器，所述△ - Σ調(diào)制器用于調(diào)制所述相位誤差， 并且產(chǎn)生Δ - Σ誤差比特流；以及誤差校正電路，所述誤差校正電路用于基于所述Δ - Σ誤 差比特流在每個(gè)時(shí)鐘周期中從所述相位增量值對(duì)誤差校正步長(zhǎng)進(jìn)行有條件地相加或相減， 以創(chuàng)建調(diào)制相位增量值。在每個(gè)時(shí)鐘周期中，將所述調(diào)制相位增量值相加至所述相位累加 器，以生成所述誤差校正數(shù)字信號(hào)。
[0016] 在另一方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種數(shù)控振蕩器，該數(shù)控振蕩器用于基于參考晶體 振蕩器生成具有一選擇頻率的誤差校正數(shù)字信號(hào)，其中，所述振蕩器在振蕩器頻率下輸出 振蕩器信號(hào)。所述數(shù)控振蕩器包括:存儲(chǔ)元件，所述存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)相位增量值;誤差校正電 路，所述誤差校正電路包括比特移位器和加法器，所述比特移位器對(duì)所述相位增量值移位 預(yù)定比特移位，以創(chuàng)建誤差步長(zhǎng)，其中，基于A - Σ調(diào)制誤差信號(hào)對(duì)所述誤差步長(zhǎng)給出符號(hào)， 以產(chǎn)生有符號(hào)誤差校正步長(zhǎng)，并且所述加法器用于從所述相位增量值和所述有符號(hào)誤差校 正步長(zhǎng)的總和，產(chǎn)生調(diào)制相位增量值；以及相位累加器，在所述振蕩器頻率下對(duì)所述相位累 加器進(jìn)行計(jì)時(shí)，以將所述調(diào)制相位增量值相加至輸出值，從而更新和存儲(chǔ)所述輸出值，其 中，所更新的輸出值是所述誤差校正數(shù)字信號(hào)。
[0017] 在一個(gè)方面中，所述本申請(qǐng)公開(kāi)了用于在不具有乘法器情況下對(duì)數(shù)控振蕩器中的 長(zhǎng)期漂移加以校正的方法和裝置。在另一個(gè)方面中，本申請(qǐng)公開(kāi)了用于在具有公共誤差測(cè) 量電路的情況下，對(duì)多個(gè)數(shù)控振蕩器中的長(zhǎng)期漂移加以校正的方法和裝置，所述多個(gè)數(shù)控 振蕩器具有不同設(shè)置頻率，并且通過(guò)相同參考振蕩器加以驅(qū)動(dòng)。
[0018] 從結(jié)合附圖的示例的以下描述，本申請(qǐng)的其它方面和特征將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員所理解。
[0019] 首先參照?qǐng)D2,圖2示出典型數(shù)控振蕩器14的部分框圖。在這個(gè)示例中，數(shù)控振蕩器 14包括相位增量寄存器20和相位累加器22。相位增量寄存器20存儲(chǔ)相位增量/步長(zhǎng)。相位累 加器22通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)加以計(jì)時(shí)，該時(shí)鐘信號(hào)是諸如來(lái)自參考振蕩器的振蕩器信號(hào)。在某些 情況下，參考振蕩器可以是晶體振蕩器。反饋相位累加器22的輸出，以具有相位增量，且在 每個(gè)時(shí)鐘周期處將該相位增量相加至相位累加器22的輸出。實(shí)際上，當(dāng)保持相位增量恒定 時(shí)，相位累加器22的輸出是線性數(shù)字斜坡（linear digital ramp)。當(dāng)相位累加器22溢出 時(shí)，數(shù)值環(huán)繞(numerical wraparound)導(dǎo)致了將輸出信號(hào)有效地轉(zhuǎn)換成具有周期性的數(shù)字 鋸齒波形，該周期性是向相位累加器22的比特寬度(w)的冪給出2的時(shí)鐘信號(hào)的頻率和幅度 的函數(shù)。
[0020] 數(shù)控振蕩器14的這個(gè)示例還包括數(shù)字波形發(fā)生器，其中，在這個(gè)示例中數(shù)字波形 發(fā)生器被示出為相幅轉(zhuǎn)換器(PACdPAC 24被配置為，基于來(lái)自相位累加器22的輸出信號(hào) 生成具有頻率集的輸出信號(hào)（諸如，正弦曲線）。在某些情況中，使用查