外文翻譯--基于dds精密頻率測(cè)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(cè)量的一種替代方法 精密頻率測(cè)量的一種替代方法本文介紹了一種閉環(huán)頻率測(cè)量方法，其主要組成是一個(gè)頻率比較器(FC)和直接數(shù)字合成器(DDS)。在 FC 的每個(gè)輸入端，DDS 作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。FC接收 DDS 的硬性受限波形以及未知的頻率。通過(guò)兩個(gè)信號(hào)的比較，一個(gè)

2、可以控 制向上/向下計(jì)數(shù)器的邏輯輸出產(chǎn)生了。作為頻率控制字（FSW） ，計(jì)數(shù)器的輸出指示 DDS 產(chǎn)生一個(gè)新的接近未知頻率的正弦波。當(dāng)循環(huán)穩(wěn)定下來(lái)，頻率控制 字會(huì)給出對(duì)未知頻率的估計(jì)數(shù)值。利用 DDS 固有的高分辨率和環(huán)路抗噪能力這兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出了同樣精確和不受影響的頻率計(jì)。所有附加的在一定程度上與儀器的顯示相關(guān)的階段都會(huì)被顯示出來(lái)。 1 簡(jiǎn)介 簡(jiǎn)介 最常用的測(cè)頻技術(shù)采用可以在預(yù)定的時(shí)間窗口（光圈）內(nèi)對(duì)未知頻率的脈沖計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。此外

3、，在一個(gè)或多個(gè)未知周期內(nèi)對(duì)參考頻率的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法也很常見(jiàn)。在后一種情況下，估計(jì)的是周期而不是頻率。參考文獻(xiàn)里標(biāo)號(hào)為 2 到 6 的文章研究了低頻率的測(cè)量問(wèn)題并集中在心臟（心臟）信號(hào)的頻率 范圍內(nèi)（幾赫茲）或在電源頻率內(nèi)（50-60 赫茲） 。這些技術(shù)實(shí)際上是在測(cè)量信號(hào)的周期，并使用某種方法來(lái)計(jì)算它的倒數(shù)，即頻率。在文獻(xiàn)[2]中，頻率是由查找表的方法計(jì)算出來(lái)的。其他文獻(xiàn)[4-6]的是以微處理器或以微控制器為基礎(chǔ)的。 上述方法的特點(diǎn)是

4、開(kāi)環(huán)，即數(shù)字計(jì)數(shù)器在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)，之后計(jì)算結(jié) 果。本文提出的方法的特征是閉環(huán)形式。這個(gè)術(shù)語(yǔ)“閉環(huán)”意思著我們表示了某種反饋。電路中產(chǎn)生一個(gè)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(qiáng)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(gè)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(gè)典型的直接數(shù)字頻率合成器包含一個(gè)存儲(chǔ)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(zhǎng)，將會(huì)在其控制下掃描這些樣 本。一個(gè)典型的頻率設(shè)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(gè)數(shù)字正弦波輸出信號(hào)。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(duì)于前一個(gè)階段來(lái)比，主要是模擬的，包括一個(gè) D / A轉(zhuǎn)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(hào)。在需要

6、方波輸出的應(yīng)用中，這由一個(gè)濾波器后的硬性限幅器來(lái)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(huì)遇到很大的抖動(dòng)。 對(duì)于 n 位系統(tǒng)，輸出信號(hào)的頻率是按以下方式計(jì)算的；如果相位步長(zhǎng)等于1，累加器的計(jì)數(shù)每次將加 1，加 個(gè)時(shí)鐘周期次作為整個(gè)查找表的地址，從而 2n個(gè)計(jì)數(shù)最多計(jì)到 2 的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè) RS 觸發(fā)器。當(dāng)頻率較低，即周期較大時(shí)，頻率比較器發(fā)揮作用，包括（包含）至少一個(gè)或多個(gè)更高頻率（

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

8、RS 觸發(fā)器的輸出。這個(gè)動(dòng)作降低了 DDS 的頻率。 人們乍地一看可以認(rèn)為，合成頻率可達(dá)到實(shí)測(cè)頻率（符號(hào)為 fin） ，然后計(jì)數(shù)器停止運(yùn)作。不幸的是并非如此。一個(gè)動(dòng)態(tài)的機(jī)制將其代替。該電路需要一些時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)正確的頻率的關(guān)系。我們將把這個(gè)時(shí)間稱為“遲滯”。遲滯取決于最初的 DDS 輸出和未知頻率的時(shí)序關(guān)系。最初，在遲滯期，有關(guān)更大的頻率的指 示是不明確的，即它可以是錯(cuò)誤的。當(dāng)兩個(gè)更高頻率波形的上升邊緣出現(xiàn)在一個(gè)較低頻率的周期內(nèi)時(shí)，模糊性結(jié)

9、束了。如果我們考慮到這個(gè)案例：DDS 的頻率等于未知頻率，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，比較器的輸出將翻轉(zhuǎn)，說(shuō)明 DDS 的頻率要么是高于要么是低于未知頻率。這實(shí)際上是一個(gè)可以接受的和預(yù)期的情況，因?yàn)椋ㄔ陔妷罕容^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(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)電路集成在一個(gè)閉環(huán)之中。該循環(huán)將采取一下行動(dòng)方式，經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間，即遲滯，情況將得到扭轉(zhuǎn)等等。滯后的持續(xù)時(shí)間是可變的。這種情況被控制，原因?qū)⒃诤竺娼忉?。頻率比較器的

10、模擬信號(hào)執(zhí)行情 況將產(chǎn)生更加強(qiáng)勁的噪音，我們堅(jiān)持?jǐn)?shù)字實(shí)現(xiàn)，原因有三：沒(méi)有模擬組件，使得數(shù)字實(shí)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(yīng)時(shí)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(duì)未知頻率的逐次逼近之后，頻率比較器意識(shí)到合成的頻率較高（低）于未知頻率，并在輸出端產(chǎn)生一個(gè)可以控制向上/向下計(jì)數(shù)器向下(上)計(jì)數(shù)的邏輯 0（1）信號(hào)。如前所述，這個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出被認(rèn)為

11、是從頻率控制字到 DDS 的階段。在 DDS 頻率最初比較低時(shí)，合成頻率將會(huì)逐步增加，直至達(dá)到未知頻率。 這不會(huì)被頻率比較器意識(shí)到并且合成頻率將會(huì)在幾個(gè)時(shí)鐘周期繼續(xù)增加，直到比較器檢測(cè)出它的兩個(gè)輸入頻率（未知的頻率和 DDS 輸出頻率）的正確關(guān)系。 在相反（降低）的情況下，也將出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。這是因?yàn)榍懊嫣岬降臏笞?用。 當(dāng) DDS 輸出（fDDS）已接近 fin，由于滯后性，沒(méi)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(duì)稱 fin 擺動(dòng)的兩個(gè)極端值。 DDS 的輸出可以被看作是一個(gè)三角波形的頻率調(diào)制的載體。三角波形是頻率控 制字應(yīng)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(gè)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(gè)波形俘獲：將數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）連接到上升/下降計(jì)數(shù)器（最高位） ，以研究操作的輸出。此處的 DAC 并沒(méi)有顯示在 電路