一种相幅转换器及相幅转换器的转换方法

摘要

本发明提供一种相幅转换器及相幅转换器的转换方法，包括对称镜像系统和二段运算系统；所述对称镜像系统包括判断取反模块、延迟模块、t值换算模块和输出镜像模块；所述二段运算系统包括查找表模块和运算模块。判断取反模块利用基于正余弦波形对称镜像的特点将相位字PW进行取反，然后输出的值一部分送入查找表模块取出第一段运算的值，另一部分送入t值换算模块得到t值送入运算模块进行运算，运算到的结果最终通过输出镜像模块得到正余弦波形；在提高相幅转换器的运算速度的同时降低资源占用。

说明书

技术领域

本发明涉及数字集成电路技术领域，具体而言，涉及一种相幅转换器及相幅转换器的转换方法。

背景技术

直接数字频率合成技术(DDS)是从相位概念出发合成所需波形的一种数字频率合成技术。它的基本结构主要由相位累加器、相幅转换器、D/A转换器和滤波器组成。其中相幅转换器为DDS最为核心的部分，它直接决定了DDS所输出的波形和DDS的工作性能。随着DDS地不断发展，相幅转换技术也出现了多种实现方法，如角度分解、正弦压缩、多项式逼近、坐标旋转(CORDIC)等，其中CORDIC算法因其高速、高精度、高无杂散动态范围(SFDR)等性能受到业界的青睐，但是现有的CORDIC算法的相幅转换器在高精度条件伴随多次移位累加带来高面积资源占用与高延迟等问题。所以需要提供一种方案以解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相幅转换器及相幅转换器的转换方法，用以实现在提高相幅转换器的运算速度的同时降低资源占用的技术效果。

第一方面，本发明提供了一种相幅转换器，包括对称镜像系统和二段运算系统；所述对称镜像系统包括判断取反模块、延迟模块、t值换算模块和输出镜像模块；所述二段运算系统包括查找表模块和运算模块；所述判断取反模块用于根据获取到的相位字中的第2位数据分析是否需要对所述相位字中的第3位数据以后的第一数据进行取反操作；若需要对所述第一数据进行取反操作，则输出取反后的第二数据，否则输出所述第一数据；所述t值换算模块包括输入端、第一t值输出端和第二t值输出端；所述t值换算模块通过所述输入端获取所述第一数据或所述第二数据中的预设位之后的第三数据，根据所述第三数据进行运算得到第一t值和第二t值，并通过所述第一t值输出端和所述第二t值输出端输入所述运算模块；所述查找表模块用于根据所述第一数据或所述第二数据中的预设位及所述预设位之前的数据计算得到查找表数据；所述运算模块用于在所述第一t值的控制下，根据所述第二t值和所述查找表数据计算得到对应的目标坐标；所述延迟模块用于同步所述相位字中的前3位控制位与所述目标坐标的时序；所述输出镜像模块用于在所述控制位的控制下根据所述目标坐标进行镜像处理得到对应的正余炫波形。

进一步地，所述判断取反模块包括第一选择器和第一反相器；所述第一选择器的第一输入引脚和所述第一反相器的输入端均与相位累加器的输出端连接；所述第一选择器的第二输入引脚与所述第一反相器的输出端连接；所述第一选择器的控制引脚由所述相位字的第2位数据控制；所述第一选择器的输出端分别与所述t值换算模块的输入端和所述查找表模块的输入端连接。

进一步地，所述t值换算模块包括第二反相器、第三反相器、第二选择器、加法器；所述第二反相器的输入端、所述第三反相器的输入端以及所述第二选择器的控制引脚和第二输入引脚均与所述输入端连接；所述第二选择器的第一输入引脚与所述第三反相器的输出端连接；所述第一t值输出端和所述加法器的第一输入引脚均与所述第二反相器的输出端连接，所述第二选择器的输出端与所述加法器的第二输入引脚连接；所述加法器的输出引脚和进位引脚均与所述第二t值输出端连接；所述第二选择器的控制引脚由所述第三数据中的第一位数据控制；所述第三数据中的第一位数据之后的所有数据经过所述第三反相器输入所述第二选择器，或者所述第三数据中的第一位数据之后的所有数据直接从所述第二选择器的第二输入引脚输入所述第二选择器。

进一步地，所述运算模块包括第一乘法器、第二乘法器、第一加减器、第二加减器和第四反相器；所述查找表模块包括第一运算值输出端、第二运算值输出端、第三运算值输出端和第四运算值输出端；所述第一乘法器的第一输入端和所述第二乘法器的第一输入端均与所述第二t值输出端连接；所述第一加减器的控制引脚和所述第四反相器的输入端均与所述第一t值输出端连接，所述第四反相器的输出端与所述第二加减器的控制引脚连接；所述第一乘法器的第二输入端与所述第三运算值输出端连接；所述第二乘法器的第二输入端与所述第四运算值输出端连接；所述第一乘法器的输出端与所述第一加减器的第一输入端连接；所述第二乘法器的输出端与所述第二加减器的第一输入端连接；所述第一加减器的第二输入端与所述第一运算值输出端连接；所述第二加减器的第二输入端与所述第二运算值输出端连接；所述第一加减器的输出端和所述第二加减器的输出端与所述输出镜像模块的输入端连接。

进一步地，所述查找表模块存储有ROM查找表，所述ROM查找表中存储有第一运算值x

以上各式中，p

进一步地，所述输出镜像模块包括第三选择器、第四选择器、第五选择器、第六选择器、第一异或门、第二异或门、第五反相器和第六反相器；所述第一异或门的第一输入端和第二输入端均与所述延迟模块连接，所述第一输入端用于输入所述相位字的第1位数据，所述第二输入端用于输入所述相位字的第2位数据；所述第三选择器的控制引脚和所述第四选择器的控制引脚均与所述第一异或门的输出端连接；所述第三选择器的第一输入引脚和所述第四选择器的第二输入引脚用于输入所述目标坐标的横坐标，所述第三选择器的第二输入引脚和所述第四选择器的第一输入引脚用于输入所述目标坐标的纵坐标；所述第三选择器的输出端经过所述第五反相器与所述第五选择器的第一输入引脚连接，同时所述第三选择器的输出端与所述第五选择器的第二输入引脚连接；所述第四选择器的输出端通过所述第六反相器与所述第六选择器的第一输入引脚连接，同时所述第四选择器的输出端与所述第六选择器的第二输入引脚连接；所述第二异或门的第三输入端和第四输入端均与所述延迟模块连接，所述第三输入端用于输入所述相位字的第0位数据，所述第四输入端用于输入所述相位字的第1位数据；所述第二异或门的输出端与所述第六选择器的控制引脚连接；所述第五选择器的控制引脚与所述延迟模块连接，通过所述相位字的第0位数据进行控制；所述第五选择器的输出端输出余弦波形；所述第六选择器的输出端输出正弦波形。

第二方面，本发明提供一种相幅转换器的转换方法，包括：判断取反模块根据相位字中的第2位数据分析是否需要对所述相位字中的第3位数据以后的第一数据进行取反操作；若需要对所述第一数据进行取反操作，则输出取反后的第二数据，否则输出所述第一数据；t值换算模块根据所述第一数据或所述第二数据中的预设位之后的第三数据进行运算得到第一t值和第二t值；查找表模块根据所述第一数据或所述第二数据中的预设位及所述预设位之前的数据计算得到查找表数据；运算模块在所述第一t值的控制下，根据所述第二t值和所述查找表数据计算得到对应的目标坐标；延迟模块同步所述相位字中的前3位控制位与所述目标坐标的时序；输出镜像模块在控制位的控制下根据所述目标坐标进行镜像处理得到对应的正余炫波形。

进一步地，所述查找表数据包括第一运算值x

以上各式中，p

进一步地，所述第一t值为：

所述第二t值为：

其中PW[μ+1]表示相位字中预设位μ后的第一位数据的值，PW[μ+1：n]表示相位字中预设位μ后的所有数据。

进一步地，所述目标坐标的计算方式为：

其中x'表示目标坐标的横坐标，y'表示目标坐标的纵坐标。

本发明能够实现的有益效果是：本发明提供的相幅转换器通过对称镜像系统和二段运算系统对相位累加器的相位字进行处理，通过改进的电路结构解决了传统CORDIC算法的DDS设计在计算高精度高SFDR性能的正余弦波形时资源占用率高、运算速度慢和多次旋转迭代的问题，在提高相幅转换器的运算速度的同时降低了资源占用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种相幅转换器的电路原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种判断取反模块电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种t值换算模块电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种输出镜像模块电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种相幅转换器的转换方法流程示例图；

图6为本发明实施例提供的相幅转换器仿真波形图；

图7为本发明实施例提供的相幅转换器的SFDR分析结果图；

图8为本发明实施例提供的相幅转换器的精度分析结果图；

图9为本发明实施例提供的相幅转换器流水结构示意图。

图标：10-相幅转换器；100-对称镜像系统；110-判断取反模块；111-第一选择器；112-第一反相器；120-延迟模块；130-t值换算模块；131-第二反相器；132-第三反相器；133-第二选择器；134-加法器；140-输出镜像模块；141-第三选择器；142-第四选择器；143-第五选择器；144-第六选择器；145-第一异或门；146-第二异或门；147-第五反相器；148-第六反相器；200-二段运算系统；210-查找表模块；220-运算模块；221-第一乘法器；222-第二乘法器；223-第一加减器；224-第二加减器；225-第四反相器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参看图1，图1为本发明实施例提供的一种相幅转换器的电路原理示意图。

在一种实施方式中，本申请实施例提供的相幅转换器10包括对称镜像系统100和二段运算系统200；对称镜像系统100包括判断取反模块110、延迟模块120、t值换算模块130和输出镜像模块140；二段运算系统200包括查找表模块210和运算模块220；判断取反模块110用于根据获取到的相位字中的第2位数据分析是否需要对相位字中的第3位数据以后的第一数据进行取反操作；若需要对第一数据进行取反操作，则输出取反后的第二数据，否则输出第一数据；t值换算模块130包括输入端、第一t值输出端和第二t值输出端；t值换算模块130通过输入端获取第一数据或第二数据中的预设位之后的第三数据，根据第三数据进行运算得到第一t值和第二t值，并通过第一t值输出端和第二t值输出端输入运算模块220；查找表模块210用于根据第一数据或第二数据中的预设位及预设位之前的数据计算得到查找表数据；运算模块220用于在第一t值的控制下，根据第二t值和查找表数据计算得到对应的目标坐标；延迟模块120用于同步相位字中的前3位控制位与目标坐标的时序；输出镜像模块140用于在控制位的控制下根据目标坐标进行镜像处理得到对应的正余炫波形。

在上述实现过程中，相幅转换器10其主要由对称镜像系统100和二段运算系统200组成，其中对称镜像系统100主要包括判断取反模块110、t值换算模块130、输出镜像模块140、延迟模块120等构成。二段运算系统200主要包括查找表模块210和运算模块220构成。判断取反模块110利用对称镜像原理将相位字PW进行取反，然后输出的值一部分送入查找表模块210取出第一段运算的值，另一部分送入t值换算模块130得到t值送入运算模块220进行运算，运算到的结果最终通过输出镜像模块140得到正余弦波形。

在一种实施方式中，运算模块220包括第一乘法器221、第二乘法器222、第一加减器223、第二加减器224和第四反相器225；查找表模块210包括第一运算值输出端、第二运算值输出端、第三运算值输出端和第四运算值输出端；第一乘法器221的第一输入端和第二乘法器222的第一输入端均与第二t值输出端连接；第一加减器223的控制引脚和第四反相器225的输入端均与第一t值输出端连接，第四反相器225的输出端与第二加减器224的控制引脚连接；第一乘法器221的第二输入端与第三运算值输出端连接；第二乘法器222的第二输入端与第四运算值输出端连接；第一乘法器221的输出端与第一加减器223的第一输入端连接；第二乘法器222的输出端与第二加减器224的第一输入端连接；第一加减器223的第二输入端与第一运算值输出端连接；第二加减器224的第二输入端与第二运算值输出端连接；第一加减器223的输出端和第二加减器224的输出端与输出镜像模块140的输入端连接。

具体地，查找表模块210存储有ROM查找表，ROM查找表中存储有第一运算值x

以上各式中，p

其中x'表示目标坐标的横坐标，y'表示目标坐标的纵坐标。

请参看图2，图2为本发明实施例提供的一种判断取反模块电路结构示意图。

在一种实施方式中，判断取反模块110包括第一选择器111和第一反相器112；第一选择器111的第一输入引脚和第一反相器112的输入端均与相位累加器的输出端连接；第一选择器111的第二输入引脚与第一反相器112的输出端连接；第一选择器111的控制引脚由相位字的第2位数据控制；第一选择器111的输出端分别与t值换算模块130的输入端和查找表模块210的输入端连接。

具体地，若相位字的第2位数据为高时，相位字PW[3：n](PW[3：n]表示相位字中第3位以后的数据)通过第一反相器112输入第一选择器111，输出取反后的数据，否则直接通过第一选择器111输出数据。

请参看图3，图3为本发明实施例提供的一种t值换算模块130电路结构示意图。

在一种实施方式中，t值换算模块130包括第二反相器131、第三反相器132、第二选择器133、加法器134；第二反相器131的输入端、第三反相器132的输入端以及第二选择器133的控制引脚和第二输入引脚均与输入端连接；第二选择器133的第一输入引脚与第三反相器132的输出端连接；第一t值输出端和加法器134的第一输入引脚均与第二反相器131的输出端连接，第二选择器133的输出端与加法器134的第二输入引脚连接；加法器134的输出引脚和进位引脚均与第二t值输出端连接；第二选择器133的控制引脚由第三数据中的第一位数据控制；第三数据中的第一位数据之后的所有数据经过第三反相器132输入第二选择器133，或者第三数据中的第一位数据之后的所有数据直接从第二选择器133的第二输入引脚输入第二选择器133。

具体地，为了节省资源，在上述电路中可以预先加入i＝μ+1时计算的角度，然后根据相位字PW[μ+1：n]计算第一t值和第二t值，

具体地，第一t值为：

第二t值为：

其中，PW[μ+1]表示相位字中预设位μ后的第一位数据的值，PW[μ+1：n]表示相位字中预设位μ后的所有数据。

其中，PW[μ+1]表示相位字中预设位μ后的第一位数据的值，PW[μ+1：n]表示相位字中预设位μ后的所有数据。

请参看图4，图4为本发明实施例提供的一种输出镜像模块电路结构示意图。

在一种实施方式中，所述输出镜像模块140包括第三选择器141、第四选择器142、第五选择器143、第六选择器144、第一异或门145、第二异或门146、第五反相器147和第六反相器148；第一异或门145的第一输入端和第二输入端均与延迟模块120连接，第一输入端用于输入相位字的第1位数据，第二输入端用于输入相位字的第2位数据；第三选择器141的控制引脚和第四选择器142的控制引脚均与第一异或门145的输出端连接；第三选择器141的第一输入引脚和第四选择器142的第二输入引脚用于输入目标坐标的横坐标，第三选择器141的第二输入引脚和第四选择器142的第一输入引脚用于输入目标坐标的纵坐标；第三选择器141的输出端经过第五反相器147与第五选择器143的第一输入引脚连接，同时第三选择器141的输出端与第五选择器143的第二输入引脚连接；第四选择器142的输出端通过第六反相器148与第六选择器144的第一输入引脚连接，同时第四选择器142的输出端与第六选择器144的第二输入引脚连接；第二异或门146的第三输入端和第四输入端均与延迟模块120连接，第三输入端用于输入相位字的第0位数据，第四输入端用于输入相位字的第1位数据；第二异或门146的输出端与第六选择器144的控制引脚连接；第五选择器143的控制引脚与延迟模块120连接，通过相位字的第0位数据进行控制；第五选择器143的输出端输出余弦波形；第六选择器144的输出端输出正弦波形。需要说明的是，相位字的第0位数据、第1位数据和第2位数据依次对应图4中的PW[0]、PW[1]和PW[2]。

请参看图5，图5为本发明实施例提供的一种相幅转换器的转换方法流程示例图。

在一种实施方式中，本实施例还提供了一种相幅转换器的转换方法，具体流程如下所述：

步骤S101，判断取反模块根据所述相位字中的第2位数据分析是否需要对所述相位字中的第3位数据以后的第一数据进行取反操作；若需要对所述第一数据进行取反操作，则输出取反后的第二数据，否则输出所述第一数据。

步骤S102，t值换算模块根据所述第一数据或所述第二数据中的预设位之后的第三数据进行运算得到第一t值和第二t值。

在一种实施方式中，第一t值为：

第二t值为：

其中，PW[μ+1]表示相位字中预设位μ后的第一位数据的值，PW[μ+1：n]表示相位字中预设位μ后的所有数据。

步骤S103，查找表模块根据所述第一数据或所述第二数据中的预设位及所述预设位之前的数据计算得到查找表数据。

在一种实施方式中，查找表数据包括第一运算值x

以上各式中，p

步骤S104，运算模块在所述第一t值的控制下，根据所述第二t值和所述查找表数据计算得到对应的目标坐标。

在一种实施方式中，目标坐标的计算方式为：

其中x'表示目标坐标的横坐标，y'表示目标坐标的纵坐标。

步骤S105，延迟模块同步所述相位字中的前3位控制位与所述目标坐标的时序。

步骤S106，输出镜像模块在控制位的控制下根据所述目标坐标进行镜像处理得到对应的正余炫波形。

示例性地，正余弦波形的象限映射关系如表1所示。

表1象限映射对照表

请参看图6、图7、图8和图9，图6为本发明实施例提供的相幅转换器仿真波形图；图7为本发明实施例提供的相幅转换器的SFDR分析结果图；图8为本发明实施例提供的相幅转换器的精度分析结果图；图9为本发明实施例提供的相幅转换器流水结构示意图。

在一种实施方式中，本实施例在工作频率为2.5GHz、21位相位字输入16位输出的条件下进行的仿真分析，其仿真输出的正余弦波形如图6所示，同时本实施例对仿真结果进行了SFDR分析和精度分析，从图7可以看出本发明SFDR值为-120.2924dB。而精度分析是将输出结果与理论的正余弦波形的幅度值进行相减而得到的，总共分析共16384个点，从图8中可以看出误差不超过4.5x10

综上所述，本发明实施例提供一种相幅转换器及相幅转换器的转换方法，包括对称镜像系统和二段运算系统；所述对称镜像系统包括判断取反模块、延迟模块、t值换算模块和输出镜像模块；所述二段运算系统包括查找表模块和运算模块。判断取反模块利用对称镜像原理将相位字PW进行取反，然后输出的值一部分送入查找表模块取出第一段运算的值，另一部分送入t值换算模块得到t值送入运算模块进行运算，运算到的结果最终通过输出镜像模块得到正余弦波形；在提高相幅转换器的运算速度的同时降低资源占用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。