[发明专利]相位取样频率合成器

说明书

本发明涉及一种频率合成器。

当今世界上所用的频率合成技术有三种类型：经典的直接式合成技术，带锁相环及其分频器的合成技术（简称锁相法），以数字技术和集成电路为设计依据的数字式合成技术（简称数字法）。

评价频率合成技术优劣的标准有技术指标上的最高输出频率及其输出频率范围、频率稳定度、分辨力和开关时间等项参数;还有商品形态上的造价和体积，上述三类技术在这两方面都有各自的优缺点。其中数字法和直接式的共同优点在于稳定度、分辨力和开关时间等方面;而锁相法则在通讯领域中的广泛应用显示了它的比较全面的优良效果。

然而，近代大容量快速跳频通讯的发展，又使得锁相法满足不了跳频速率的要求，因为锁相法存在着分辨力与开关时间相矛盾的弊病，致使频率合成技术在通讯领域应用上成为一个难题。

已有适用于VHF频段通讯领域的合成器，皆离不开锁相法这种模式。可以粗略地分为两类：一类是采用相位跟踪技术，如小数分频法，专利FR-015808（1981），（GB-1560233，US-068199，1982）;GB-030336（1983），（US-4344045）均公开了此技术。另一类是采用频率可变的参考源，Albert.l.Bramble（“Direct Digital Frequency Synthesis”proc.35^thAnn.Frequency Control Symposium.May 1981）和C.k.Richardson（“A Novel Syntheiser for Miniature SSB Radio Equipment”Proc.39^thAnn.Frequency Contr-ol Symposium.May 1985）均公开了此类技术。若从信息处理方面（包括逻辑电路工作速度要求，相位抖动的影响，参量调整方便等）考虑，后者仍是一条比较可取的途径。其中所说频率参考源，仍是一频率合成器，只是对这样的频率合成器有着特殊的要求，这可概括为如下需要同时具备的两个方面：一方面，虽然这种合成器处于较低频工作，但要求其最高输出频率尽可能高;另一方面，要求能有选择性地调整技术指标且不引起相互影响，但是已有的合成器仍无法满足这种要求，其原因在于频率合成原理上，已有的合成器仅保证在某些条件下具体应用的可行性，而未考虑过这种特殊的要求。例如，上述Albert.L.Bramble提出的合成器的参考源是数字法的典型代表，是取样定理在频率合成上的具体应用。按取样定理，其最高输出频率可以达到参考频率（即取样频率）fr的一半（通常仅取四分之一）。若要在一定最高输出频率上提高分辨力，则需付出相当可观的内存容量作为代价;还有，作为参考信号所需的是相位讯息，幅度信息的正弦值在此是可有可无的，但电路结构上又是不能不要。“数字频率合成器的一种新方法”（国外电子测量技术，1983，№02）所述的合成器其最高输出频率只有参考频率f_r的二十分之一。上述C.K.Rlchardson提供的合成器其可变参考源又沿用了锁相环原理，因而只能在某种有限的范围内应用。

本发明的目的旨在提供一种按相位取样原理设计的频率合成器。该原理能够直接从参考频率信号的相位信息中提取所需输出频率信号的相位信息，该合成器能够同时具备背景技术中所述三种技术所具备的优点而避开其缺点，其最高输出频率能达到参考频率f_r之值，分辨率可按接近极限值任意选择而所增加的设备不多（若f_r采用晶振，则相位累加器及相应的D/A转换器仅用六位便可达到要求），开关时间及输出频率稳定度同一般数字法，该发明能有效地解决锁相法的固有矛盾。

本发明包括带有数/模转换器D/A的相位累加器P_A，过零相位检测器D_A，为P_A与D提供控制和触发信号的逻辑电路。相位累加器P最好采用BCD码相位累加器，P_A由N位累加器组成。每位累加器代表一位十进制数。所需的十进制数总位数N由频率合成器给定的技术指标确定。一位累加器可由D型触发器、加法器和相应的控制电路所组成。并采用BCD码运算。

BCD码D/A转换器由与BCD码相位累加器P_A有相应位数的各位D/A转换电路构成。按BCD码运算。每位D/A值代表一位十进制数，两相邻位成十倍关系。不存在进位问题。P_A与D/A之间采用并行连接。