直接频率合成器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102891680 A (43)申请公布日 2013.01.23 C N 1 0 2 8 9 1 6 8 0 A *CN102891680A* (21)申请号 201110212280.9 (22)申请日 2011.07.22 H03L 7/18(2006.01) (71)申请人中山大学 地址中国台湾高雄市鼓山区莲海路70号 (72)发明人王朝钦 陈韵琦 (74)专利代理机构北京中原华和知识产权代理 有限责任公司 11019 代理人寿宁 张华辉 (54) 发明名称 直接频率合成器 (57) 摘要 本发明是有关于一种直接频率合成器，其包 含一相位累加器及一相位振幅转换器。

2、，该相位振 幅转换器具有一第一补数单元、一电性连接该第 一补数单元的第一加法器、一电性连接该第一补 数单元及该第一加法器的第二系数单元、一电性 连接该第一加法器的平方器、一电性连接该第一 补数单元及该平方器的第一系数单元、一电性连 接该第一补数单元的第三系数单元、一电性连接 该第一系数单元及该第三系数单元的第二加法器 以及一电性连接该第二加法器的第二补数单元。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种直接频率合成器，其特征在于其包含： 一相位。

3、累加器；以及 一相位振幅转换器，其电性连接该相位累加器，该相位振幅转换器具有： 一第一补数单元； 一第一加法器，其电性连接该第一补数单元； 一第二系数单元，其电性连接该第一补数单元及该第一加法器； 一平方器，其电性连接该第一加法器； 一第一系数单元，其电性连接该第一补数单元及该平方器； 一第三系数单元，其电性连接该第一补数单元； 一第二加法器，其电性连接该第一系数单元及该第三系数单元；以及 一第二补数单元，其电性连接该第二加法器。 2.根据权利要求1所述的直接频率合成器，其特征在于其中所述的相位累加器具有一 第三加法器及一电性连接该第三加法器的暂存器。 3.根据权利要求1所述的直接频率合成器，。

4、其特征在于其中所述的第一补数单元电性 连接该相位累加器。 4.根据权利要求1所述的直接频率合成器，其特征在于其中所述的第一系数单元具有 多个选择器、多个第一移位暂存器及多个第一多工器，各该选择器电性连接各该第一移位 暂存器，各该第一移位暂存器电性连接各该第一多工器，所述选择器电性连接该平方器，所 述第一多工器电性连接该第一补数单元及该第二加法器。 5.根据权利要求4所述的直接频率合成器，其特征在于其中所述的第二系数单元具有 一第二移位暂存器及一电性连接该第二移位暂存器的第二多工器，该第二多工器电性连接 该第一补数单元及该第一加法器。 6.根据权利要求5所述的直接频率合成器，其特征在于其中所述的。

5、第三系数单元具有 一第三移位暂存器及一电性连接该第三移位暂存器的第三多工器，该第三多工器电性连接 该第一补数单元及该第二加法器。 7.根据权利要求1所述的直接频率合成器，其特征在于其另具有一第四加法器，该第 四加法器电性连接该第二补数单元。 8.根据权利要求7所述的直接频率合成器，其特征在于其另具有一第四系数单元，该 第四系数单元电性连接该第四加法器。 9.根据权利要求1所述的直接频率合成器，其特征在于其中所述的第二补数单元电性 连接该相位累加器及该第一补数单元。 10.根据权利要求1所述的直接频率合成器，其特征在于其另具有一种应 用于该直接频率合成器的二阶非均分抛物线取样法，该取样法的方程式。

6、为y a i *(x+b i ) 2 +c i (1iM)，其中a i 为第一系数、b i 为第二系数、c i 为第三系数、x为输入信 号、M为四分之一弦波的切割线段数、i为非均分的区段。 权 利 要 求 书CN 102891680 A 1/4页 3 直接频率合成器 技术领域 0001 本发明涉及一种直接频率合成器，特别是涉及一种可有效提升频谱解析度及运算 速度的直接频率合成器。 背景技术 0002 现有习知的直接频率合成器200，请参阅图4所示，该直接频率合成器200包含一 相位累加器210、一电性连接该相位累加器210的唯读存储器220及一电性连接该唯读存储 器220的数字模拟转换器230。

7、，其中该相位累加器210可接收一相位累加单位，该唯读存储 器220具有一存储器221、一数字运算单元222及一输出级223，该直接频率合成器200是 以查表的方式，以取得储存于该唯读存储器220中的弦波值，惟，该直接频率合成器200包 含该唯读存储器220，因此电路面积仍无法有效缩小，此外，查表法的方式将使得该直接频 率合成器200的运算速度大幅下降。 0003 由此可见，上述现有的直接频率合成器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺 陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决 之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决 。

8、上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的直接频率合成 器，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 发明内容 0004 本发明的目的在于，提供一种新型的直接频率合成器，藉由该些系数单元、该第一 加法器、该第二加法器及该平方器，并利用数学方程式中的逼近法，求取进似理想弦波的输 出，由于本发明所模拟的弦波和理想弦波的误差能有效降低，因此本发明具有高频谱纯度 的特性，此外，当本发明应用于蛋白质频移侦测时，由于直接频率合成器具有高频谱纯度， 因此可确保中心频率在扫频的范围内有最高的可判断峰值，另外，本发明无须经由查表，因 此可有效提升运算速度。 0005 本发。

9、明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种直接频率合成器，其包含：一相位累加器；以及一相位振幅转换器，其电性连接该相 位累加器，该相位振幅转换器具有：一第一补数单元；一第一加法器，其电性连接该第一补 数单元；一第二系数单元，其电性连接该第一补数单元及该第一加法器；一平方器，其电性 连接该第一加法器；一第一系数单元，其电性连接该第一补数单元及该平方器；一第三系 数单元，其电性连接该第一补数单元；一第二加法器，其电性连接该第一系数单元及该第三 系数单元；以及一第二补数单元，其电性连接该第二加法器。 0006 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

10、。 0007 前述的直接频率合成器，其中所述的相位累加器具有一第三加法器及一电性连接 该第三加法器的暂存器。 0008 前述的直接频率合成器，其中所述的第一补数单元电性连接该相位累加器。 说 明 书CN 102891680 A 2/4页 4 0009 前述的直接频率合成器，其中所述的第一系数单元具有多个选择器、多个第一移 位暂存器及多个第一多工器，各该选择器电性连接各该第一移位暂存器，各该第一移位暂 存器电性连接各该第一多工器，所述选择器电性连接该平方器，所述第一多工器电性连接 该第一补数单元及该第二加法器。 0010 前述的直接频率合成器，其中所述的第二系数单元具有一第二移位暂存器及一电 性。

11、连接该第二移位暂存器的第二多工器，该第二多工器电性连接该第一补数单元及该第一 加法器。 0011 前述的直接频率合成器，其中所述的第三系数单元具有一第三移位暂存器及一电 性连接该第三移位暂存器的第三多工器，该第三多工器电性连接该第一补数单元及该第二 加法器。 0012 前述的直接频率合成器，其另具有一第四加法器，该第四加法器电性连接该第二 补数单元。 0013 前述的直接频率合成器，其另具有一第四系数单元，该第四系数单元电性连接该 第四加法器。 0014 前述的直接频率合成器，其中所述的第二补数单元电性连接该相位累加器及该第 一补数单元。 0015 前述的直接频率合成器，其另具有一种应用于该直。

12、接频率合成器的二阶非均分抛 物线取样法，该取样法的方程式为ya i *(x+b i ) 2 +c i (1iM)，其中a i 为第一系数、b i 为 第二系数、c i 为第三系数、x为输入信号、M为四分之一弦波的切割线段数、i为非均分的区 段。 0016 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明 直接频率合成器至少具有下列优点及有益效果：本发明是藉由该些系数单元、该第一加法 器、该第二加法器及该平方器，并利用数学方程式中的逼近法，求取进似理想弦波的输出， 由于本发明所模拟的弦波和理想弦波的误差能有效降低，因此本发明具有高频谱纯度的特 性，此外，当本发明应用于蛋白质。

13、频移侦测时，由于直接频率合成器具有高频谱纯度，因此 可确保中心频率在扫频的范围内有最高的可判断峰值，另外，本发明无须经由查表，因此可 有效提升运算速度。 0017 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 附图说明 0018 图1是依据本发明的一较佳实施例，一种直接频率合成器的电路图。 0019 图2是依据本发明的一较佳实施例，该直接频率合成器以非均分取样法所模拟的 模拟图。 0020 图3是依据本发明的一较佳实施例，该直接频。

14、率合成器以均分取样法所模拟的模 拟图。 0021 图4是现有习知的直接频率合成器的电路方块图。 0022 100：直接频率合成器 说 明 书CN 102891680 A 3/4页 5 0023 110：相位累加器 111：第三加法器 0024 112：暂存器 0025 120：相位振幅转换器 121：第一补数单元 0026 122：第一加法器 123：第一系数单元 0027 123a：选择器 123b第一移位暂存器 0028 123c：第一多工器 124：第二系数单元 0029 124a：第二移位暂存器 124b：第二多工器 0030 125：平方器 126：第三系数单元 0031 126a：。

15、第三移位暂存器 126b：第二多工器 0032 127：第二加法器 128：第二补数单元 0033 130：第四加法器 140：第四系数单元 0034 200：直接频率合成器 210：相位累加器 0035 220：唯读存储器 221：存储器 0036 222：数字运算单元 223：输出级 0037 230：数字模拟转换器 具体实施方式 0038 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的直接频率合成器其具体实施方式、结构、特征及其 功效，详细说明如后。 0039 请参阅图1，其是本发明的一较佳实施例，一种直接频率合成器100，包。

16、含一相位 累加器110及一电性连接该相位累加器110的相位振幅转换器120，其中该相位振幅转换 器120具有一第一补数单元121、一电性连接该第一补数单元121的第一加法器122、一电 性连接该第一补数单元121及该第一加法器122的第二系数单元124、一电性连接该第一 加法器122的平方器125、一电性连接该第一补数单元121及该平方器125的第一系数单 元123、一电性连接该第一补数单元121的第三系数单元126、一电性连接该第一系数单元 123及该第三系数单元126的第二加法器127以及一电性连接该第二加法器127的第二补 数单元128，该直接频率合成器100是藉由上述电路架构，并采用一。

17、种应用于该直接频率合 成器100的二阶非均分抛物线取样法以达成高频谱纯度的功效，该取样法的方程式为y a i *(x+b i ) 2 +c i (1iM)，其中y为弦波振福、a i 为该第一系数单元123所产生的第一系 数，用以控制弦波的斜率、b i 为该第二系数单元124所产生的第二系数，用以控制弦波的上 下移动、c i 为该第三系数单元126所产生的第三系数，用以控制弦波的左右移动、x为该第 一补数单元121所产生的输入信号、M为四分之一弦波的切割线段数、i为非均分的区段。 0040 请再参阅图1，在本实施例中，该第一补数单元121电性连接该相位累加器110，且 该相位累加器110具有一第。

18、三加法器111及一暂存器112，该暂存器112电性连接该第三加 法器111，该相位累加器110用以提供该相位振幅转换器120所需的相位，该第二补数单元 128电性连接该相位累加器110及该第一补数单元121，此外，该第一系数单元123具有多 个选择器123a、多个第一移位暂存器123b及多个第一多工器123c，各该选择器123a电性 连接各该第一移位暂存器123b，各该第一移位暂存器123b电性连接各该第一多工器123c， 说 明 书CN 102891680 A 4/4页 6 该些选择器123a电性连接该平方器125，该些第一多工器123c电性连接该第一补数单元 121及该第二加法器127，另。

19、外，该第二系数单元124具有一第二移位暂存器124a及一电性 连接该第二移位暂存器124a的第二多工器124b，该第二多工器124b电性连接该第一补数 单元121及该第一加法器122，又，该第三系数单元126具有一第三移位暂存器126a及一电 性连接该第三移位暂存器126a的第三多工器126b，该第三多工器126b电性连接该第一补 数单元121及该第二加法器122，在本实施例中，其另具有一第四加法器130及一第四系数 单元140，该第四加法器130电性连接该第二补数单元128，该第四系数单元140电性连接 该第四加法器130，该第四系数单元140用以产生补偿微调系数，以作为弦波信号的最后修 正。

20、。 0041 请再参阅图1，该直接频率合成器100的控制方法如下，输入共32位元的相位累加 单位于该相位累加器110中，接下来，将该相位累加器110的输出以相位截断技术取得20 位元，并将其最高位元19当作控制输出弦波上下对称的控制信号，另将次高位元18当 作控制输出弦波的左右对称的控制信号，之后，将剩余18位元的输入信号x与该第二系数 单元124所产生的第二系数b i 相加后，经由该平方器125平方，再以该第一系数单元123的 位移功能而达到乘法的效果，在本实施例中，通过该第一系数单元123的该些选择器123a 选择所对应的弦波区段斜率，各该选择器123a能选择16段非均分区段位移量的其中一。

21、段， 将选择后的12组位移量相加即为对应的弦波区段斜率，最后，将位移后的信号与该第三系 数单元126所产生的第三系数c i 相加，即完成非均分抛物线内插法的模拟弦波运算。请参 阅图2及图3所示，本发明通过软件进行分均分取样法与均分取样法的模拟，由模拟结果可 知，非均分取样法的无杂散动态范围(Spurious-free Dynamic Range，SFDR)为68.67dB， 均分取样法的无杂散动态范围为64.72dB，非均分较均分取样法的无杂散动态范围提升 3.95dB，其改善原因在于我们将弦波中较为线性的区段以同一斜率进行位移运算，而其余 斜率变动较大的弦波区段则均分为15等分，因此其模拟的。

22、弦波相较于均分取样法更趋近 于理想弦波。 0042 本发明是藉由该第一加法器122、该第二加法器127、该平方器125、该第一系数单 元123、该第二系数单元124及该第三系数单元126，并利用数学方程式采逼近法，以求取 进似理想弦波的输出，由于本发明所模拟的弦波和理想弦波的误差能有效降低，因此本发 明具有高频谱纯度的特性，此外，当本发明应用于蛋白质频移侦测时，由于直接频率合成器 100具有高频谱纯度特性，因此可确保中心频率在扫频的范围内有最高的可判断峰值。 0043 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 说 明 书CN 102891680 A 1/4页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102891680 A 2/4页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102891680 A 3/4页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102891680 A 4/4页 10 图4 说 明 书 附 图CN 102891680 A 10 。