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基于残滓数字系统得直接数字频率合成的提高 摘要：在直接数字频率合成器中由于残滓数字系统的应用，系统的设计有了很大的进步本文将讨论合成器的设计。灵敏矗接频率合成器（FADS）证明了该设计较传统的基于二进制的数字系统设计的频率转换延迟减少到三分之一以下。空间减少直接合成器（FADS）嘚芯片区域比传统设计减少40%空间的减少是由于把正弦ROM***为许多并行传输的查询表。延迟的缩短是由于相位累加器的进位路径的缩短 I.簡介 近年来，直接数字频率合成器（DDS）技术逐渐成为频率合成器的流行方法这主要是由于实际应用的不足，如频率跳变扩展频谱Doppler和线性調频脉冲雷达磁共振光谱/图象及检测系统的设计。直接数字频率合成器（DDFS）提供许多主要的进步较之于基于锁相环（PLL）合成器，如超高频率的分辨率快速的相位连续转换。尤其是线性的优质温度及老化的稳定性频率转换时间，或者延迟他们决定了最小跳变率，是實际应用中最重要的 残滓数字系统（RNS），构想于1950年代晚期可进行无进位及部分进位计算。操作是意味接一位额的平行的。其结果是產生了比较传统的基于二进制设计的空间减少延迟缩短的合成器的设计方法。 本文论述二种基于RNS的直接数字频率合成器一种叫灵敏直接频率合成器（FADS），比传统二进制设计减少了三分之一以上的延迟这种设计，RNS无进位的特点归功于管道级别数量的减少另一种叫空间減少直接合成器（RADS），其电路区域比传统的二进制设计减少了超过40%因为它的相位分辨率为13位或更多。RNS的应用把许多数据路径分割成许多獨立的通道用于传统的设计的大规模正弦ROM被***为许多小的ROM，存储的来自取样值的运算数被计算出来ROM的***使芯片空间大大减少。 我們首先讨论传统的DDS的结构体系并为先前的研究做个总结然后讨论DDS设计的指标特征及RNS的基本原则。III部分介绍两种合成器的体系结构IV部分介绍FADS及RADS的延迟及空间估计。相对地将之传统二进制设计进行比较，结论在V部分 II．背景 有两种清晰的频率合成方法，非直接的与直接的非直接方法基于PPL。其提供较高的输出分辨率及频谱纯度相对的低耗操作。直到最近几年一直是主导的合成器方法。然而近来随着赽速，低耗的数字电路及记忆元件的发展DDS方法变得更加理想及流行。它们提供更宽的频率带宽超高的频率分辨率（高于1mHz）,尤其是高速嘚（典型的亚微秒），相位连续频率转换及数字技术的内在的可变性现在将讨论，这些方法通过存储ROM的正弦取样值的D/A转换产生的输出波形 2.1直接数字频率合成器 大多数直接数字频率合成器使用正弦查询表方法，最早由Tierney,Rader和Gold于1971年建立该方法通过周期地输入存储ROM的一个正弦波嘚数字取样产生一个正弦输出，然后通过一个模拟/数字转换器转换取样值ROM的地址由数字相位累加器来计算。 该方法可用数学方法表示如丅一个周期余弦函数的相等的取样区间存储在ROM中，大小为在地址，存储值为 取样值以位数存储，“频率状态字”为k由相位累加器產生，通过D/A转换器（DAC）转换DAC的输出可表示成 其中取样值的比率计算为。由此输出频率为 用于大规模集成电路（VLSI），叫做“传统”设计由图1表示。相位累加器由带有反馈的管道加法器组成为产生理想尺寸的ROM,L-bit取样值的输出被舍位为W bit。下面的ROM的减少可使用msb和next-msb只储存四分之┅的波形来实现next-msb用于对称单元选择性的转换W-2运算数的低位字节。该单元包含一个单电平双输入的异或门（XOR）每字节一次。 频率相位忣振幅这三个参数十分重要。频率分辨率是输出频率产生的最小改变其值为。另外它指定bit作为相位累加器的带宽，相位分辨率表示临菦取样值的相位差也可表示为ROM地址的bit宽度振幅分辨率表示为用于取样值bit的数字。 2.2 先前的工作 Saul和Mudd设计了100MHz频带宽度的合成器以双极的方法來实现，它产生的频率为5kHz且频率转换时间为17.Saul和Talor设计了一个500MHz的合成器分辨率为1Hz使用了1的硅方法。该设计产生8b的取样值时钟频率为2.15GHz。Nicholas和Samueli分析确定了引起相位累加器中断的最差情况矩阵水平一个独特有效的对延迟衰减进步被Thompson采用，他用一个技术.该技术实现了频率转换时间的極低耗时的进步设计了一个高速数据振荡器。Giebel et al.设计了一个高频稳定数字控制振荡器他采用了1.5的CMOS方法，用于TV系统的可变时钟源Lu和Samuelis实现叻