CN102361445B - 基于数字频率合成器的高精度协议脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

基于数字频率合成器的高精度协议脉冲发生器，包括数字频率合成器、加法器和一个数字信号输出接口，数字频率合成器生成的时钟频率送至数字信号输出接口，同时与数字频率合成器生成的时钟频率对应的相位信息送至加法器；加法器将与数字频率合成器生成的时钟频率对应的相位信息与外部输入的一路信号的相位信息进行加法运算后送至数字信号输出接口；数字信号输出接口根据数字信号的上升沿和下降沿定位脉冲，更新信号输出。本发明改进了传统数字频率合成器的结构，可以根据协议单独配置相位信息，精确设定时钟频率及各数字信号相对于时钟的提前或延时信息，资源消耗少，结构精简。

Description

基于数字频率合成器的高精度协议脉冲发生器

技术领域

本发明涉及一种协议脉冲发生器，适用于生成具有复杂协议的对频率和相位有高精度要求的同步数字信号。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，芯片间、板间及单机之间的协议也越来越复杂，速度越来越快。为了协议实现及协议测试，需要一种方法实现高频率精度和相位精度的协议脉冲。

最基本的数字频率合成器是一个累加器，累加器的宽度及工作频率决定了数字频率合成器产生的频率精度及相位精度。如图1所示，一般的数字频率合成器由频率控制字寄存器、累加寄存器和一个加法器组成，累加寄存器的宽度与时钟频率决定了数字频率合成器产生信号频率的精度。设累加寄存器的宽度为N，频率合成器的时钟频率为f，频率控制字为FCW，那么生成的时钟频率f_clk为：

$f_{\mathrm{clk}}=\frac{f\·\mathrm{FCW}}{2^N}$

协议脉冲一般包含多个数字信号，一般的数字频率合成器只能生成一个频率信号，无法实现复杂的协议。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种具有高频率和相位精度的复杂协议脉冲发生器。

本发明的技术解决方案是：基于数字频率合成器的高精度协议脉冲发生器，包括数字频率合成器，还包括R个加法器和一个数字信号输出接口，数字频率合成器生成的时钟频率送至数字信号输出接口，同时与数字频率合成器生成的时钟频率对应的相位信息分别送至R个加法器；R个加法器中，每一个加法器将与数字频率合成器生成的时钟频率对应的相位信息与外部输入的一路信号的相位信息进行加法运算后送至数字信号输出接口；数字信号输出接口对R个加法器的输出最高位进行采样，对于R路信号中的任意一路，数字信号输出接口利用当前时钟周期的最高位sigN_nco与上一时钟周期的最高位sigN_nco_l，生成包含有上升沿和下降沿的数字信号定位脉冲，根据数字信号定位脉冲，数字信号输出接口在相应的上升沿和下降沿将该路外部输入信号包含的相位信息输出；其中数字信号的上升沿sigN_p的确定方法为sigN_nco为1且sigN_nco_l为0，数字信号的下降沿sigN_n的确定方法为sigN_nco为0且sigN_nco_l为1。

所述的外部输入信号的相位信息比累加寄存器多一位符号位，代表该输入信号的相位为超前还是延时于数字频率合成器生成的时钟频率。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明改进了传统数字频率合成器的结构，添加了对应各信号的相位加法器，并可以根据协议单独配置相位信息。与传统数字频率合成器相比，只增加了与协议信号数量相等的加法器及寄存器，资源消耗少，结构精简，实现了高精度的协议脉冲发生器。采用本发明可以生成、多信号、具有复杂相位信息的协议脉冲，并且可以精确设定时钟频率及各数字信号相对于时钟的提前或延时信息。

附图说明

图1为传统数字频率合成器结构图；

图2为本发明协议脉冲发生器结构图；

图3为协议脉冲发生器内部各信号时序图。

具体实施方式

如图2所示，本发明协议脉冲发生器在传统的数字频率合成器基础上只增加了加法器，可以实现任意信号数量的同步数字信号协议，并且有很高的频率精度及相位精度。

1、使用数字频率合成器精确模拟信号的相位，产生具有精确频率的时钟信号。

设累加寄存器的宽度为N，频率合成器的时钟频率为f，频率控制字为FCW，那么生成的时钟频率f_clk为：

$f_{\mathrm{clk}}=\frac{f\·\mathrm{FCW}}{2^N}$

为提高生成信号的精度，累加寄存器的宽度N与时钟频率f应尽可能高，但过高的N与f会增加资源消耗和设计难度。数字频率合成器的频率精度为f/2^N，时间分辨率为2/f。在实际应用中，根据协议时钟的频率精度要求及其他协议信号的相位精度要求，确定N与f。

2、使用数字频率合成器产生的时钟相位信息，与协议中其它信号的相位信息输入相加后，得到其它各信号的相位信息。

如图2所示，外部输入包括时钟频率输入(N比特)及相位信息(N+1比特)输入。时钟频率输入为数字频率合成器的频率控制字，由协议的时钟要求确定。其它各相位信息输入为其它各信号相对于时钟相位的差值(根据生成信号的要求确定)，为N+1比特，比累加寄存器多一位符号位，代表该信号的相位为超前还是延时于时钟信号。

使用加法器将累加寄存器的输出与相位信息输入求和后得到需生成信号的相位信息，这里的加法器要根据输入相位信息最高位，对累加器内的相位进行加或减。

使用外部输入的多个相位信息输入和加法器可以产生复杂的带有提前或延时的协议脉冲信号的相位。

3、根据各信号的相位信息及协议，生成协议信号。

图3为各信号时序图。

使用频率合成器中累加寄存器的最高位作为时钟(nco_clk)向外部输出。该信号即为时钟。数字信号输出接口接收外部协议发生器生成的各信号输入(信号1输入、信号2输入等，图3中为sigN_in)，这些信号与协议信号的时钟同步，不带有相位信息。

数字信号输出接口对各信号相位输入最高位进行采样，对于每一路信号，利用当前时钟周期的最高位(sigN_nco)与上一时钟周期(sigN_nco_l)的最高位，生成数字信号的上升沿(sigN_p)和下降沿(sigN_n)定位脉冲，上升沿与下降沿的确定方法如下：

sigN_p＝sigN_nco为1且sigN_nco_l为0，

sigN_n＝sigN_nco为0且sigN_nco_l为1；

根据各信号的上升沿及下降沿定位脉冲，数字信号输出接口在相应的上升沿和下降沿把外部协议发生器的输入更新到信号输出接口(sigN)。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.基于数字频率合成器的高精度协议脉冲发生器，包括数字频率合成器，其特征在于：还包括R个加法器和一个数字信号输出接口，R为脉冲发生器的输出信号个数；数字频率合成器生成的时钟频率送至数字信号输出接口，同时与数字频率合成器生成的时钟频率对应的相位信息分别送至R个加法器；R个加法器中，每一个加法器将与数字频率合成器生成的时钟频率对应的相位信息与外部输入的一路信号的相位信息进行加法运算后送至数字信号输出接口；数字信号输出接口对R个加法器的输出最高位进行采样，对于R路信号中的任意一路，数字信号输出接口利用当前时钟周期的最高位sigN_nco与上一时钟周期的最高位sigN_nco_l，生成包含有上升沿和下降沿的数字信号定位脉冲，根据数字信号定位脉冲，数字信号输出接口在相应的上升沿和下降沿将该路外部输入信号包含的相位信息输出；其中数字信号的上升沿sigN_p的确定方法为sigN_nco为1且sigN_nco_l为0，数字信号的下降沿sigN_n的确定方法为sigN_nco为0且sigN_nco_l为1。

2.根据权利要求1所述的基于数字频率合成器的高精度协议脉冲发生器，其特征在于：所述的外部输入信号的相位信息比数字频率合成器中的累加寄存器多一位符号位，代表该输入信号的相位为超前还是延时于数字频率合成器生成的时钟频率。

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