專利名稱：轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)為噪聲的頻率合成器及頻率合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種頻率合成器及頻率合成方法，且特別是有關(guān)于一種可以轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)為噪聲的頻率合成器及頻率合成方法。
背景技術(shù)：
頻率合成器(frequency synthesizer)可在一頻率范圍內(nèi)提供準確穩(wěn)定的頻率源，其常見于諸如無線電接收器、行動電話、衛(wèi)星接收器或全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代電子裝置。頻率合成技術(shù)包括直接式頻率合成(direct frequency synthesis)及間接式頻率合成(indirect synthesis)等。其中，直接式頻率合成技術(shù)包括直接式數(shù)字脈沖率(directdigital pulse rate)及飛快累加器(f lying-adder)架構(gòu)等,具有頻率改變速度快 及可以產(chǎn)生任意多變的頻率等優(yōu)點，然而其容易產(chǎn)生過多的雜散波(spur)，進而導(dǎo)致頻率合成器所控制的如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出信號的頻譜包含了不必要的寄生基調(diào)(spurious tone)。雜散波的產(chǎn)生實質(zhì)上導(dǎo)因于頻率合成器中的累加器規(guī)律性的進位序列(carrysequence)。請參照第IA圖、第IB圖及第IC圖，第IA圖繪示傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的一例的示意圖，第IB圖繪示對應(yīng)第IA圖的傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的累加結(jié)果波形圖，第IC圖繪示對應(yīng)第IA圖的傳統(tǒng)頻率合成器及不同分數(shù)運算子的進位序列的信號頻譜圖。于第IA圖中，傳統(tǒng)累加器05采用一控制字符FREQ(包括整數(shù)運算子I和分數(shù)運算子r)的作法以產(chǎn)生進位序列，其中分數(shù)運算子I■為一定值。由于分數(shù)運算子r為定值，故累加結(jié)果會穩(wěn)定增加且傳統(tǒng)累加器05產(chǎn)生的進位序列會如第IB圖所示具有規(guī)律性。觀察第IC圖可以得知，因為規(guī)律性的進位序列而產(chǎn)生的雜散波，使得進位序列的頻譜包含了不必要的寄生基調(diào)。此外，不同的分數(shù)運算子r所導(dǎo)致的寄生基調(diào)亦不同。請參照第ID圖及第IE圖，第ID圖繪示傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的另一例的示意圖，第IE圖繪示對應(yīng)第ID圖的傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的累加結(jié)果波形圖。于第ID圖中，傳統(tǒng)累加器10采用添加一隨機數(shù)(random number) v于控制字符FREQ (包括整數(shù)運算子I和分數(shù)運算子r)的作法以期如第IE圖所示能打破進位序列的規(guī)律性，進而希望改善雜散波的產(chǎn)生并達成隨機遞色(dithering)的結(jié)果。然而，添加隨機數(shù)于控制字符的作法有諸多弊病。例如隨機數(shù)的最佳大小及最佳添加速率均不能輕易決定，而是需要透過試誤法(try and error)重復(fù)操作以求得最佳值。此外，為了使得輸出頻率不變，隨機數(shù)的整體平均值必須為零，是故在電路設(shè)計上需要使用帶正負號數(shù)字系統(tǒng)(signed number system)系統(tǒng),增加系統(tǒng)復(fù)雜度及成本。更進一步地，在高速操作模式時，需要使用高速加法器才能添加隨機數(shù)，耗費大量的硬件資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是有關(guān)于一種頻率合成器及頻率合成方法，通過轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)為噪聲，進而得以移除寄生基調(diào)對于整體系統(tǒng)所產(chǎn)生的負面效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種頻率合成器，包括一累加單元以及一頻率產(chǎn)生器。累加單元包括一分數(shù)累加器、一緩存單元及一整數(shù)累加器。分數(shù)累加器用以基于一分數(shù)運算子做累加運算以輸出一進位序列，進位序列包括多個進位位。緩存單元用以依據(jù)一第一隨機地址序列寫入這些進位位，并依據(jù)一第二隨機地址序列讀取這些進位位，第二隨機地址序列無關(guān)于第一隨機地址序列。整數(shù)累加器用以基于一整數(shù)運算子及讀出的這些進位位做累加運算以持續(xù)輸出一計數(shù)值。頻率產(chǎn)生器用以依據(jù)計數(shù)值輸出一頻率信號。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種頻率合成方法，包括下列步驟?；谝环謹?shù)運算子做累加運算以輸出一進位序列，進位序列包括多個進位位。依據(jù)一第一隨機地址序列寫入這些進位位于一緩存單元，并更依據(jù)一第二隨機地址序列從緩存單元讀取這些進位位，第二隨機地址序列無關(guān)于第一隨機地址序列?；谝徽麛?shù)運算子及讀出的這些進位位做累加運算以持續(xù)輸出一計數(shù)值。依據(jù)計數(shù)值輸出一頻率信號。為了對本發(fā)明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下


圖IA繪示傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的一例的示意圖。圖IB繪示對應(yīng)第IA圖的傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的累加結(jié)果波形圖。圖IC繪示對應(yīng)第IA圖的傳統(tǒng)頻率合成器及不同分數(shù)運算子的進位序列的信號頻譜圖。圖ID繪示傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的另一例的示意圖。圖IE繪示對應(yīng)第ID圖的傳統(tǒng)頻率合成器的累加器的累加結(jié)果波形圖。圖2A繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率合成器的方塊圖。圖2B繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率合成器的累加單元的示意圖。圖3繪示依照本發(fā)明較佳實施例的地址產(chǎn)生電路的一例的示意圖。圖4A繪示傳統(tǒng)頻率信號的信號頻譜圖。圖4B繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率信號的信號頻譜圖。圖5A繪示依照本發(fā)明較佳實施例的對應(yīng)511位大小儲存單元的進位序列的信號頻譜圖。圖5B繪示依照本發(fā)明較佳實施例的對應(yīng)63位大小儲存單元的進位序列的信號頻譜圖。圖6繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率合成方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種頻率合成器及頻率合成方法，通過隨機化進化序列(carrysequence)以轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)(spurious tone)為噪聲,進而得以降低或移除寄生基調(diào)對于整體系統(tǒng)所產(chǎn)生的負面效應(yīng)。請參照第2A圖及第2B圖，第2A圖繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率合成器的方塊圖，第2B圖繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率合成器的累加單元的示意圖。頻率合成器100包括一累加單元110以及一頻率產(chǎn)生器(clock generator) 120。累加單元110包括一、分數(shù)累加器112、一緩存單元114及一整數(shù)累加器116。分數(shù)累加器112用以基于一分數(shù)運算子r做累加運算以輸出一進位序列CS，進位序列CS為一 I位數(shù)據(jù)串流，其依序包括多個進位位。其中，此時的進位序列CS基于分數(shù)運算子r仍具有規(guī)律性。緩存單元114用以依據(jù)一第一隨機地址序列寫入這些進位位，并依據(jù)一第二隨機地址序列讀取這些進位位為讀出的進位位carry_in,第二隨機地址序列無關(guān)于第一隨機地址序列。由于第一隨機地址序列與第二隨機地址序列之間不具關(guān)聯(lián)性，因此寫入緩存單元114的進位位的次序與從緩存單元114讀出的進位位的次序之間具有亂度；亦即，進位位寫入與讀出的次序之間不同且具亂度，使得進位序列CS的規(guī)律性被打破。整數(shù)累加器116用以基于一整數(shù)運算子I及讀出的這些進位位carry_in做累加運算以持續(xù)輸出一計數(shù)值counto頻率產(chǎn)生器120用以依據(jù)計數(shù)值count輸出一頻率信號elk。不具關(guān)聯(lián)性的第一隨機地址序列與第二隨機地址序列可記錄于一查閱表(未繪示于圖)以供緩存單元114在存取時使用即可。此外，亦可在累加單元110內(nèi)附加一地址 產(chǎn)生電路118以提供第一隨機地址序列與第二隨機地址序列給緩存單元114。地址產(chǎn)生電路118的實現(xiàn)方法于本發(fā)明中并不做限制，其可如第3圖所示利用例如為6地址位(b
b[5])大小的一線性反饋位移緩存器(linear feedback shiftregister,LFSR) 119產(chǎn)生第一隨機地址序列，再通過位反轉(zhuǎn)(bitwise inverse)即可產(chǎn)生不相關(guān)的第二隨機地址序列。此外，若將接點N的連接位置由b[4]改變至其它地址位，則亦可以產(chǎn)生與第一隨機地址序列與第二隨機地址序列無關(guān)之其它隨機地址序列。在第2B圖中，當(dāng)分數(shù)運算子r的累加運算未產(chǎn)生進位時，對應(yīng)的進位位為0，當(dāng)分數(shù)運算子r的累加運算產(chǎn)生進位時，對應(yīng)的進位位為I。此外，緩存單元114的大小例如為(2P-1)位，P為大于I的正整數(shù)。由于傳統(tǒng)的內(nèi)存大小通常為2P位，故緩存單元114的大小可選取為(2P_1)位，如此一來，緩存單元114的大小與進位序列CS的規(guī)律性重復(fù)位元數(shù)不易互為倍數(shù)，將更有利于本案的隨機化進化序列的目的。茲舉分數(shù)運算子r等于0. 2，且緩存單元114的大小例如為63位(P等于6)為例
做說明。在上述的假定下，進位序列CS所包括的進位位1^、132.....bm、...依序為0、0、0、
0、1、0、0、0、0、1、.、0、0、0、0、1、.重復(fù)。首先，緩存單元114在一第一頻率周期Tl依據(jù)
第一隨機地址序列寫入進位位匕 Id63A1 b63包括12個“I”及51個“O”。接著，緩存單元114在一第二頻率周期T2依據(jù)第二隨機地址序列讀取儲存在緩存單元114中的進位位b: b63。由于12個“I”及51個“0”是依據(jù)第一隨機地址序列被隨機寫入，故在緩存單元114內(nèi)的分布已不具原先的規(guī)律性，之后又依據(jù)不相關(guān)的第二隨機地址序列被讀出，因此讀出的進位位的排列規(guī)則相較于原先排列的進位位bi、b2.....b62、b63更是具有相當(dāng)?shù)膩y度。同時，為了節(jié)省頻率周期，在第二頻率周期T2中每讀出一個隨機化后的進位位，
就會依序?qū)懭牒罄m(xù)的進位位(b64、b65.....b125、b126)。亦即，緩存單元114在第二頻率周期
T2同時依據(jù)第二隨機地址序列寫入進位位b64、b65、. . .、b125、b126。之后,基于63與5不互為倍數(shù)，緩存單元114在一第三頻率周期T3依據(jù)第一隨機地址序列讀取儲存在緩存單元114中的進位位b64 b126，并同時依據(jù)第一隨機地址序列寫入后讀的進位位b127、b128、. . .、b188、"h
u189°由上述可知，不相關(guān)的第一隨機地址序列及第二隨機地址序列已足以使得原先的進位序列CS產(chǎn)生相當(dāng)?shù)膩y度而破壞掉規(guī)律性。然而，若欲更進一步提高亂度，則緩存單元可在一第三頻率周期T3依據(jù)一第三隨機地址序列讀取儲存在緩存單元114中的進位位b64 b126，并同時依據(jù)第三隨機地址序列寫入后讀的進位位b127、b128、. . 、b188、b189，第三隨機地址序列無關(guān)于第一隨機地址序列及第二隨機地址序列。亦即，每63個進位位即改采用不同的隨機地址序列，進位序列CS的規(guī)律性將被徹底地破壞掉。如此一來,整數(shù)累加器116所輸出的計數(shù)值count亦不會具有規(guī)律性，故能有效地減少雜散波的產(chǎn)生。請參考第4A圖及第4B圖，第4A圖繪示傳統(tǒng)頻率信號的信號頻譜圖，第4B圖繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率信號的信號頻譜圖。比較第4A圖及第4B圖可以得知，通過本發(fā)明的頻率合成器隨機化進化序列后，轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)被有效地轉(zhuǎn)換為噪聲，故整體系統(tǒng)導(dǎo)因于寄生基調(diào)所產(chǎn)生的負面效應(yīng)得以降低或移除。因此，本發(fā)明的頻率合成器100將更適于控制例如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器等電子裝置。此外，請參照第5A圖及第5B圖，第5A圖繪示依照本發(fā)明較佳實施例的對應(yīng)511位大小儲存單元的進位序列的信號頻譜圖，第5B圖繪示依照本發(fā)明較佳實施例的對應(yīng)63位 大小儲存單元的進位序列的信號頻譜圖。比較第5A圖及第5B圖可以得知，本發(fā)明的頻率合成器不需采用龐大的內(nèi)存即可有效地將轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)被有效地轉(zhuǎn)換為噪聲，故不會浪費硬件資源并維持低成本。本發(fā)明更提出一種頻率合成方法，請參照第6圖，其繪示依照本發(fā)明較佳實施例的頻率合成方法的流程圖。于步驟S600中，基于一分數(shù)運算子做累加運算以輸出一進位序列，進位序列包括多個進位位。于步驟S610中，依據(jù)一第一隨機地址序列寫入這些進位位于一緩存單元，并更依據(jù)一第二隨機地址序列從緩存單元讀取這些進位位，第二隨機地址序列無關(guān)于第一隨機地址序列。于步驟S620中，基于一整數(shù)運算子及讀出的這些進位位做累加運算以持續(xù)輸出一計數(shù)值。于步驟S630中，依據(jù)計數(shù)值輸出一頻率信號。上述頻率合成方法的原理系已詳述于第2A圖 第5B圖及其相關(guān)內(nèi)容中，故于此不再重述。本發(fā)明上述實施例所揭露的頻率合成器及頻率合成方法，具有多項優(yōu)點，以下僅列舉部分優(yōu)點說明如下本發(fā)明的頻率合成器及頻率合成方法，利用不同的隨機地址序列而得以隨機化進化序列，并通過隨機化后的進化序列有效地轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)為噪聲，進而得以降低或移除寄生基調(diào)對于整體系統(tǒng)所產(chǎn)生的負面效應(yīng)。由于本發(fā)明的頻率合成器不需采用龐大的內(nèi)存，故不會浪費硬件資源并維持低成本。此外，不需附加高速加法器以添加隨機數(shù)，故有利于高速操作。綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以后附的權(quán)利要求范圍所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種頻率合成器，包括 一累加單元，包括 一分數(shù)累加器，用以基于一分數(shù)運算子做累加運算以輸出一進位序列，所述進位序列包括復(fù)數(shù)個進位位； 一緩存單元，用以依據(jù)一第一隨機地址序列寫入所述進位位，并依據(jù)一第二隨機地址序列讀取所述進位位，所述第二隨機地址序列無關(guān)于所述第一隨機地址序列；及 一整數(shù)累加器，用以基于一整數(shù)運算子及讀出的所述進位位做累加運算以持續(xù)輸出一計數(shù)值；以及 一頻率產(chǎn)生器，用以依據(jù)所述計數(shù)值輸出一頻率信號。
2.如權(quán)利要求I所述的頻率合成器，其特征在于，所述第一隨機地址序列與所述第二隨機地址序列記錄于一查閱表。
3.如權(quán)利要求I所述的頻率合成器，其特征在于，所述累加單元更包括一地址產(chǎn)生電路，所述地址產(chǎn)生電路利用一線性反饋位移緩存器產(chǎn)生所述第一隨機地址序列與所述第二隨機地址序列。
4.如權(quán)利要求I所述的頻率合成器，其特征在于，當(dāng)所述分數(shù)運算子的累加運算未產(chǎn)生進位時，對應(yīng)的進位位為O，當(dāng)分數(shù)運算子的累加運算產(chǎn)生進位時，對應(yīng)的進位位為I。
5.如權(quán)利要求I所述的頻率合成器，其特征在于，所述緩存單元的大小為(2P-1)位，P為大于I的正整數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的頻率合成器，其特征在于，當(dāng)所述進位位Sbpb2.....bm、...時，所述緩存單元在一第一頻率周期依據(jù)所述第一隨機地址序列寫入所述進位位bp b2.....b(P_D，所述緩存單元在一第二頻率周期依據(jù)所述第二隨機地址序列讀取所述進位位匕、b2.....b(P_D，并同時依據(jù)所述第二隨機地址序列寫入所述進位位bP、b(P+1).....b2(P_D，所述緩存單元在一第三頻率周期依據(jù)所述第一隨機地址序列讀取所述進位位bp、b(P+1)、-、bgfp-!)。
7.如權(quán)利要求5所述的頻率合成器，其特征在于，當(dāng)所述進位位Sbpb2.....bm、...時，所述緩存單元在一第一頻率周期依據(jù)所述第一隨機地址序列寫入所述進位位匕、b2.....b(P_D，所述緩存單元在一第二頻率周期依據(jù)所述第二隨機地址序列讀取所述進位位匕、b2.....b(P_D，并同時依據(jù)所述第二隨機地址序列寫入所述進位位bP、b(P+1).....b2(P_D，所述緩存單元在一第三頻率周期依據(jù)一第三隨機地址序列讀取所述進位位bp、b(P+1).....b2(P_D，所述第三隨機地址序列無關(guān)于所述第一隨機地址序列及所述第二隨機地址序列。
8.—種頻率合成方法，包括 基于一分數(shù)運算子做累加運算以輸出一進位序列，所述進位序列包括復(fù)數(shù)個進位位； 依據(jù)一第一隨機地址序列寫入所述進位位于一緩存單元，并依據(jù)一第二隨機地址序列從所述緩存單元讀取所述進位位，所述第二隨機地址序列無關(guān)于所述第一隨機地址序列； 基于一整數(shù)運算子及讀出的所述進位位做累加運算以持續(xù)輸出一計數(shù)值；以及 依據(jù)所述計數(shù)值輸出一頻率信號。
9.如權(quán)利要求8所述的頻率合成方法，其特征在于，所述第一隨機地址序列與所述第二隨機地址序列記錄于一查閱表。
10.如權(quán)利要求8所述的頻率合成方法，其特征在于，更包括 利用一線性反饋位移緩存器產(chǎn)生所述第一隨機地址序列與所述第二隨機地址序列。
11.如權(quán)利要求8所述的頻率合成方法，其特征在于，當(dāng)所述分數(shù)運算子的累加運算未產(chǎn)生進位時，對應(yīng)的進 位位為0，當(dāng)分數(shù)運算子的累加運算產(chǎn)生進位時，對應(yīng)的進位位為I。
12.如權(quán)利要求8所述的頻率合成方法，其特征在于，所述緩存單元的大小為(2P-1)位，P為大于I的正整數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的頻率合成方法，其特征在于，當(dāng)所述進位位為bpb2.....bm、...時，所述頻率合成方法更包括在一第一頻率周期依據(jù)所述第一隨機地址序列寫入所述進位位匕、b2.....b(P_D于所述緩存單元； 在一第二頻率周期依據(jù)所述第二隨機地址序列從所述緩存單元讀取所述進位位卜、b2、. . .、b(P_D，并同時依據(jù)所述第二隨機地址序列寫入所述進位位bP、b(P+1)、 . .、b2(P_D于所述緩存單元；以及 在一第三頻率周期依據(jù)所述第一隨機地址序列從所述緩存單元讀取所述進位位bP、b(P+1)、-、bgfp-!)。
14.如權(quán)利要求12所述的頻率合成器，其特征在于，當(dāng)所述進位位為bpb2.....bm、...時，所述頻率合成方法更包括在一第一頻率周期依據(jù)所述第一隨機地址序列寫入所述進位位匕、b2.....b(P_D于所述緩存單元； 在一第二頻率周期依據(jù)所述第二隨機地址序列從所述緩存單元讀取所述進位位卜、b2、. . .、b(P_D，并同時依據(jù)所述第二隨機地址序列寫入所述進位位bP、b(P+1)、 . .、b2(P_D于所述緩存單元；以及 在一第三頻率周期依據(jù)一第三隨機地址序列從所述緩存單元讀取所述進位位bP、b(P+1).....b2(P_D，所述第三隨機地址序列無關(guān)于所述第一隨機地址序列及所述第二隨機地址序列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)換寄生基調(diào)為噪聲的頻率合成器及頻率合成方法。直接式頻率合成技術(shù)(例如飛快累加器架構(gòu))的優(yōu)點之一為其可通過時間平均頻率的概念產(chǎn)生任意多變的頻率。在直接頻率合成的頻率輸出端，兩種型式的周期取代了單一型式的周期。不同于傳統(tǒng)單一型式周期的頻率使得頻率能量被集中于其設(shè)計頻率，基于時間平均頻率的頻率將其部份能量散布至可能在某些應(yīng)用有害的寄生基調(diào)。寄生基調(diào)導(dǎo)因于頻率合成器中的分數(shù)累加器周期性的進位序列。本發(fā)明建議一種方法及裝置以打破此周期性并將寄生基調(diào)轉(zhuǎn)換為寬帶噪聲。
文檔編號H03L7/18GK102739247SQ20111008644
公開日2012年10月17日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者修黎明, 林明杰 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司