外文翻譯--基于dds精密頻率測量的一種替代方法（中文）

1、中文 中文 4275 字An alternative method of precise frequency by the aid of a DDS基于 基于 DDS 精密頻率測量的一種替代方法 精密頻率測量的一種替代方法本文介紹了一種閉環(huán)頻率測量方法，其主要組成是一個頻率比較器(FC)和直接數(shù)字合成器(DDS)。在 FC 的每個輸入端，DDS 作為標準信號發(fā)生器。FC接收 DDS 的硬性受限波形以及未知的頻率。通過兩個信號的比較，一個

2、可以控 制向上/向下計數(shù)器的邏輯輸出產(chǎn)生了。作為頻率控制字（FSW） ，計數(shù)器的輸出指示 DDS 產(chǎn)生一個新的接近未知頻率的正弦波。當循環(huán)穩(wěn)定下來，頻率控制 字會給出對未知頻率的估計數(shù)值。利用 DDS 固有的高分辨率和環(huán)路抗噪能力這兩個優(yōu)勢，設計出了同樣精確和不受影響的頻率計。所有附加的在一定程度上與儀器的顯示相關的階段都會被顯示出來。 1 簡介 簡介 最常用的測頻技術采用可以在預定的時間窗口（光圈）內對未知頻率的脈沖計數(shù)的計數(shù)器。此外

3、，在一個或多個未知周期內對參考頻率的脈沖進行計數(shù)的方法也很常見。在后一種情況下，估計的是周期而不是頻率。參考文獻里標號為 2 到 6 的文章研究了低頻率的測量問題并集中在心臟（心臟）信號的頻率 范圍內（幾赫茲）或在電源頻率內（50-60 赫茲） 。這些技術實際上是在測量信號的周期，并使用某種方法來計算它的倒數(shù)，即頻率。在文獻[2]中，頻率是由查找表的方法計算出來的。其他文獻[4-6]的是以微處理器或以微控制器為基礎的。 上述方法的特點是

4、開環(huán)，即數(shù)字計數(shù)器在預定時間間隔內計數(shù)，之后計算結 果。本文提出的方法的特征是閉環(huán)形式。這個術語“閉環(huán)”意思著我們表示了某種反饋。電路中產(chǎn)生一個已知（被控）頻率的波形，并將波形反饋到頻率比較階段，頻率比較階段將連續(xù)地強制已知頻率的波形接近未知的（輸入）的頻 率。產(chǎn)生上述提及的受控頻率波形的是一個直接數(shù)字合成器。 2 直接數(shù)字頻率合成器 直接數(shù)字頻率合成器 一個典型的直接數(shù)字頻率合成器包含一個存儲正弦波（正弦查找表 LUT）樣本的 RAM

5、。頻率控置字（FSW）決定相位步長，將會在其控制下掃描這些樣 本。一個典型的頻率設置字是 32 位寬，但也可使用具有較高的頻率分辨率的 48 位合成器。相位累加器產(chǎn)生連續(xù)的正弦查找表的地址，并生成一個數(shù)字正弦波輸出信號。DDS 的數(shù)字部分，即相位累加器和查找表，被稱為數(shù)控振蕩器 （NCO） 。最后階段，相對于前一個階段來比，主要是模擬的，包括一個 D / A轉換器和其后的濾波器。濾波器使數(shù)字正弦波更平滑，從而產(chǎn)生連續(xù)的輸出信 號。在需要

6、方波輸出的應用中，這由一個濾波器后的硬性限幅器來保持。這不 等于使用例如相位累加器的最高位輸出而不是濾波后的、硬性限幅的波形，因 為這樣會遇到很大的抖動。 對于 n 位系統(tǒng)，輸出信號的頻率是按以下方式計算的；如果相位步長等于1，累加器的計數(shù)每次將加 1，加 個時鐘周期次作為整個查找表的地址，從而 2n個計數(shù)最多計到 2 的二進制計數(shù)器和一個 RS 觸發(fā)器。當頻率較低，即周期較大時，頻率比較器發(fā)揮作用，包括（包含）至少一個或多個更高頻率（

7、更小周期）的完整周期。這意味著，兩個或兩個以上的較高 頻率波形的上升邊緣將會被納入在較低頻率周期內。鑒于上述情況，電路操作如下：當?shù)谝粋€計數(shù)器（1 號）在一個 DDS 的周期內遇到兩個未知頻率的上升 邊緣，它會設置 RS 觸發(fā)器的輸出。作為向上/向下計數(shù)器的上升 / 下降的控制輸入，RS 觸發(fā)器的邏輯“1”強制 DDS 升高其輸出頻率。相反，當?shù)诙€計數(shù)器（2 號）在一個未知頻率的周期內記錄到兩個 DDS 輸出信號的上升沿，它又重 置

8、RS 觸發(fā)器的輸出。這個動作降低了 DDS 的頻率。 人們乍地一看可以認為，合成頻率可達到實測頻率（符號為 fin） ，然后計數(shù)器停止運作。不幸的是并非如此。一個動態(tài)的機制將其代替。該電路需要一些時間來實現(xiàn)正確的頻率的關系。我們將把這個時間稱為“遲滯”。遲滯取決于最初的 DDS 輸出和未知頻率的時序關系。最初，在遲滯期，有關更大的頻率的指 示是不明確的，即它可以是錯誤的。當兩個更高頻率波形的上升邊緣出現(xiàn)在一個較低頻率的周期內時，模糊性結

9、束了。如果我們考慮到這個案例：DDS 的頻率等于未知頻率，我們會發(fā)現(xiàn)，比較器的輸出將翻轉，說明 DDS 的頻率要么是高于要么是低于未知頻率。這實際上是一個可以接受的和預期的情況，因為（在電壓比較器中）正好相等的情況是不可能存在的。在我們的例子中，這不 是一個問題，因為這個電路集成在一個閉環(huán)之中。該循環(huán)將采取一下行動方式，經(jīng)過一段短暫的時間，即遲滯，情況將得到扭轉等等。滯后的持續(xù)時間是可變的。這種情況被控制，原因將在后面解釋。頻率比較器的

10、模擬信號執(zhí)行情 況將產(chǎn)生更加強勁的噪音，我們堅持數(shù)字實現(xiàn)，原因有三：沒有模擬組件，使得數(shù)字實現(xiàn)在超大型集成電路或可編程邏輯器件（PLD）中容易完成，頻率范 圍更寬、響應時間更短。 3.3 頻率比較器和數(shù)字合成器的相互作用 頻率比較器和數(shù)字合成器的相互作用在對未知頻率的逐次逼近之后，頻率比較器意識到合成的頻率較高（低）于未知頻率，并在輸出端產(chǎn)生一個可以控制向上/向下計數(shù)器向下(上)計數(shù)的邏輯 0（1）信號。如前所述，這個計數(shù)器的輸出被認為

11、是從頻率控制字到 DDS 的階段。在 DDS 頻率最初比較低時，合成頻率將會逐步增加，直至達到未知頻率。 這不會被頻率比較器意識到并且合成頻率將會在幾個時鐘周期繼續(xù)增加，直到比較器檢測出它的兩個輸入頻率（未知的頻率和 DDS 輸出頻率）的正確關系。 在相反（降低）的情況下，也將出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。這是因為前面提到的滯后作 用。 當 DDS 輸出（fDDS）已接近 fin，由于滯后性，沒有特定的頻率合成。相反，它搖擺于 f1 和 f2 之間，

12、其中 f1 和 f2 是頻率對稱 fin 擺動的兩個極端值。 DDS 的輸出可以被看作是一個三角波形的頻率調制的載體。三角波形是頻率控 制字應用到 DDS 圖 3a 的模擬表示，較低的軌跡顯示頻率比較器的典型頻率輸出。在同一個的圖中，上部的軌跡顯示頻率控制字為了接近正確值而變化的模 擬形式。利用輔助硬件電路可以將這個波形俘獲：將數(shù)模轉換器（DAC）連接到上升/下降計數(shù)器（最高位） ，以研究操作的輸出。此處的 DAC 并沒有顯示在 電路