基于相位累加器的任意分頻原理解析

在大部分的教科書中，都會提到如何分頻，包括奇數(shù)分頻，偶數(shù)分頻，小數(shù)分頻等。

1、DDS相位累加器

（1）DDS合成流程

首先講述DSS（直接頻率合成法）的原理。

DDS是重要的頻率合成方法，在波形發(fā)生器中有極其重要的應用。DDS主要由以下幾部分組成：
a) 相位累加器
b) RAM數(shù)據(jù)讀取
c) D/A轉(zhuǎn)換器
d) 低通濾波器

直接頻率合成法的流程圖，有固定模塊，輸入頻率控制器，輸出固定頻率的波形。如下圖：

此電路最主要模塊是相位累加器，通過相位累加器循環(huán)計數(shù)，循環(huán)讀取RAM的數(shù)據(jù)，從而得到固定頻率的波形數(shù)據(jù)。

（2）相位累加器原理

相位累加原理流程如下：

輸入頻率控制字，根據(jù)算法，來實現(xiàn)相位的變化，分析如下所示：

假定FPGA基準頻率為50MHz，即基準頻率：

假定計數(shù)器為32位計數(shù)器，即：

K為頻率控制字，則相位輸出的頻率為：

即：

根據(jù)相位累加原理，以及RAM緩存讀取數(shù)據(jù)，每一次0~（N-1）的循環(huán)， RAM數(shù)據(jù)間隔K讀取一次。當K=1的時候，公式能輸出最小頻率，即：

最小波形頻率步進為0.011655Hz。當fo=1Hz的時候：

所以，頻率每變化1Hz，K的步進為85.90。當K=N/2的時候，公式能輸出最大頻率（因為每個CLK跳變一次），此時：

因此，根據(jù)頻率控制字K的變化，能輸出及固定頻率的波形。

2、任意頻率分頻原理

在FPGA中某些應用場合，對頻率要求比較高的情況下，用相位累加器原理來生成固定頻率的方法，未嘗不可。

我們規(guī)定，對Cnt進行對半50%拆分，具體如下：當cnt < N/2時，f0 = 0,也就是低電平;而當cnt > N/2時，f0 = 2，也就是低電平。

同理：

在FPGA中應用，Verilog代碼如下所示：

/***************************************************
* Module Name : clk_generator
* Engineer : Crazy Bingo
* Target Device : EP2C8Q208C8
* Tool versions : Quartus II 9.1SP1
* Create Date : 2011-6-25
* Revision : v1.0
* Description :  
**************************************************/
/*************************************************
fc = 50MHz 50*10^6
fo = fc*K/(2^32)
K = fo*(2^32)/fc
= fo*(2^32)/(50*10^6)
**************************************************/
module clk_generator
#
(
parameter FREQ_WORD = 32'd8590 //1KHz
)
(
input clk, //50MHz
input rst_n, //clock reset
output reg clk_out
);
//************************************************/
reg [31:0] max_value;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
max_value <= 1'b0;
else
max_value <= max_value + FREQ_WORD;
end
//****************************************************/
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
clk_out <= 1'b0;
else
begin
if(max_value < 32'h7FFF_FFFF)
clk_out <= 1'b0;
else
clk_out <= 1'b1;
end
end
endmodule
/*******************************************************/

本模塊可應用在多個對頻率精準度要求比較高的工程中（如UART中，需要115200Hz的bps，用這種任意分頻的原理來得到精準的方法，一定程度上能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_率）。

DDS中的相位累加器的任意分頻原理，在一般工程中同樣可以應用。在某些應用場合，還是值得考慮的。
編輯：hfy