一种基于DDS的标准相位产生方法和装置与流程

本发明涉及信号处理技术领域。更具体地，涉及一种基于dds的标准相位产生方法和装置。

背景技术：

相位是无线电计量领域的基本参数之一，是研究两个同频率交流信号之间关系的重要参数。相位测量与控制技术，可以解决电气、电子及其它非电量测量的许多问题，如测量时延特性、测量距离和定位、测量和校正伺服系统等，因此标准相位的确定与复现是该领域的一个基本问题。标准相位基于两个同频率的正弦信号及其相位差定义。

以往采用无源延迟网络对参考相位信号进行移相，可在确定频率和特定相位点获得较高准确度，但无法获得高分辨力的相位调节细度，并随着频率的提高出现明显的移相频率附加误差，限制了上限频率的扩展。另一种常见的标准相位的产生方式是构建标准相位发生器。标准相位发生器是一种双通道信号发生器，可同时输出两路相位差精确可调的同频率正弦信号。此时的标准相位是在正弦信号产生的基础上对相位进行调整。

直接数字合成(dds)是目前最常见的信号产生技术，建立在采样定理的基础上，将预先采样存储的数字波形经数模转换滤波后重现。此时，相位分辨力不仅与dds系统相位累加器位数直接相关，也受到寻址相位截断以及模数转换(dac)位数的影响。另外，在周期采样点数非整的频率点上存在一定的相位抖动，将影响最终的相位准确度。

因此，需要提供一种基于dds的标准相位产生方法和装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于dds的标准相位产生方法和装置，用于确定和复现高准确度相位差量值。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于dds的标准相位产生方法，包括：

s1、根据参考时钟频率计算频率控制字、幅度控制字和相位控制字；

s2、根据计算得到的所述频率控制字、幅度控制字和相位控制字分别产生两个频率、幅度、相位固定的正弦数字序列，将其中一个正弦数字序列的相位控制字设为0；

s3、将所述两个正弦数字序列分别转换为两个阶梯型波形；

s4、分别调整所述两个阶梯型波形的信号幅度，计算相位差。

进一步地，所述方法还包括：步骤s3中将所述阶梯型波形进行滤波，滤除所需频带外的分量。

进一步地，所述方法还包括：当调整信号幅度后的阶梯型波形参数没达到设定条件时，将所述调整信号幅度后的阶梯型波形频率作为第二参考时钟频率，再次执行步骤s1-s4所述的方法，得到第二阶梯型波形。

进一步地，所述参考时钟频率为所述第二参考时钟频率的整数倍，所述第二参考时钟频率为所述第二阶梯型波形频率的整数倍。

本发明还公开了一种基于dds的标准相位产生装置，包括第一dds系统，所述第一级dds系统包括：

时序控制器：用于根据参考时钟频率计算频率控制字、幅度控制字和相位控制字，并输入数字序列产生模块；

数字序列产生模块：用于根据计算得到的所述频率控制字、幅度控制字和相位控制字分别产生两个频率、幅度、相位固定的正弦数字序列，并将其中一个正弦数字序列的相位控制字设为0；

数模转换器：与所述数字序列产生模块连接，用于将所述两个正弦数字序列分别转换为两个阶梯型波形；

幅度控制器：与所述数模转换器连接，用于分别调整所述两个阶梯型波形的信号幅度，以使后续设备计算相位差。

进一步地，所述装置还包括低通滤波器，分别与所述数模转换器、幅度控制器连接，用于将所述阶梯型波形进行滤波，滤除所需频带外的分量。

进一步地，所述装置还包括第二dds系统，与所述第一dds系统相同，用于当调整信号幅度后的阶梯型波形参数没达到设定条件时，将所述调整信号幅度后的阶梯型波形频率作为第二参考时钟频率，再次计算相位。

进一步地，所述参考时钟频率为所述第二参考时钟频率的整数倍，所述第二参考时钟频率为所述第二阶梯型波形频率的整数倍。

本发明还公开了种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述计算机可读存储介质在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。

本发明还公开了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的方法。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案优点在于基于dds原理产生标准相位，相位变换连续、频率稳定度高且易于控制，同时保证了输出相位的高分辨力和准确度，进而保障了相位差量值的确定和复现。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1为本发明一种基于dds的标准相位产生方法流程图；

图2为本发明一种基于dds的标准相位产生装置示意图；

图3为本发明一种基于dds的标准相位产生方法相关算法流程图；

图4为来实现本发明实施例的终端设备或服务器系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明公开的一种基于dds的标准相位产生方法，包括：

s1、根据参考时钟频率计算频率控制字、幅度控制字和相位控制字。

根据所需的输出频率fout和相位分别计算频率控制字k和相位控制字p，设fc为参考时钟频率，n为每个信号周期的采样点数，n为相位累加器位数，则输出频率fout为

输出相位为

选择合适的参考时钟频率fc，使采样点数n和频率控制字k为整数。

s2、根据所述频率控制字、幅度控制字和相位控制字产生频率、幅度、相位固定的正弦数字序列。

将频率控制字k和相位控制字p分别写入数字序列产生模块，有了这些参数，数字序列产生模块产生频率、幅度、相位固定的正弦数字序列。

相位累加器输出位n并不全部用于寻址，而要截断为m位；

当频率控制字k大于2^m时，相位分辨力为2π/2^m；而当频率控制字k不大于2^m时，相位分辨力为2π/n，即为(k·2π)/2ⁿ。

s3、将所述正弦数字序列转换为阶梯型波形。

将数字信号序列转换为模拟信号，以阶梯型波形表示。

s4、调整所述阶梯型波形的信号幅度，计算相位。

根据幅度控制字将幅度控制器置于合适的衰减、放大档位，对输出信号的幅度进行调整。

此外，为了提高精确度，在步骤s3后还加入了滤波过程，利用低通滤波器将阶梯型波形进行平滑，并滤除所需频带外的频谱分量。

优选的，参考时钟频率应满足奈奎斯特定理，即至少大于dds系统输出频率的2倍，避免混叠或谐波落入输出频带内。

若本方法无法达到所需的高分辨力时，应采用dds系统级联的方式，前一级dds系统输出作为参考时钟连接至后一级dds系统。根据第二级dds系统输出信号频率f2，依次确定第一级dds输出信号频率f1和第一级dds系统参考时钟频率fc，使两级dds系统采样点数和频率控制字均为整数；

具体的，如图3所示，设k1和k2分别为第一级、第二级dds系统的频率控制字，p1和p2分别为第一级、第二级dds系统的相位控制字，n1和n2为分别为第一级、第二级dds系统相位累加器的位数；

第一级dds系统输出频率f1为

第一级dds系统信号相位为

则经过一级dds系统后信号延时δt1为

第二级dds系统输出频率f2为

第二级dds系统信号相位为

经过第二级dds系统后输出相移为

第一级dds系统参考时钟频率fc、第二级dds系统参考时钟频率(第一级dds系统输出信号频率f1)及其输出信号频率f2之间满足倍数关系，即fc/f1和f1/f2为整数，方能保证两级dds系统采样点数和频率控制字均为整数。此时，将被细分为更小的相位增量，因此第一级相位经过第二级dds后起到细调相位的作用，而第二级相位起到粗调相位的作用。

dds系统可以为1个或多个，根据实际需要添加，使用时分别将对应的频率控制字和相位控制字写入各级dds系统数字序列产生模块。经过多个dds系统过滤后产生的标准相位，相位变换连续、频率稳定度高且易于控制，同时保证了输出相位的高分辨力和准确度，进而保障了相位差量值的确定和复现。

如图2所示，本发明的另一个实施例还公开了一种基于dds的标准相位产生装置，包括第一dds系统，所述第一级dds系统分为两路，包括：

时序控制器9：用于根据参考时钟频率计算频率控制字、幅度控制字和相位控制字，并将其中的频率控制字和相位控制字输入数字序列产生模块，将幅度控制字输入幅度控制模块；

数字序列产生模块1、2：根据所述频率控制字、幅度控制字和相位控制字产生频率、幅度、相位固定的正弦数字序列；其中，数字序列产生模块1内输入的为参考相位0°，即输入的相位控制字为0，数字序列产生模块2内输入的为时序控制器9计算得到的相位控制字，上下两路由于初始输入的相位控制字不同，导致最后输出波形的存在相位差。

数字序列产生模块既可以采用相位/幅度转换方式，也可以采用波形存储直读的方式，产生机理为：相位幅度转换方式，是通过相位寻址读取数字波形；波形存储直读方式，是将所需波形一次性导入存储器，通过系统时钟实时读出。

数模转换器3、4：与所述数字序列产生模块连接，用于将所述正弦数字序列转换为阶梯型波形；其中，数模转换器3与数字序列产生模块1连接，数模转换器4与数字序列产生模块2连接。

低通滤波器5、6：将阶梯型波形进行平滑，并滤除所需频带外的频谱分量；其中，低通滤波器5与数模转换器3连接，低通滤波器6与数模转换器4连接。

幅度控制器7、8：与所述数模转换器连接，用于调整所述阶梯型波形的信号幅度，以使后续设备计算相位，其中，幅度控制器7与低通滤波器5连接，幅度控制器8与低通滤波器6连接。最后计算通过幅度控制器处理后的两个波形的相位差是否符合标准。

所述装置还包括第二dds系统，与所述第一dds系统相同，用于当调整信号幅度后的阶梯型波形参数没达到设定条件时，将所述调整信号幅度后的阶梯型波形频率作为第二参考时钟频率，再次计算相位差，知道符合标准为止。

本发明的另一个实施例提供了一种服务器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述在线课堂的学习数据聚合方法。如图4所示，适于用来实现本实施例提供的服务器的计算机系统，包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。cpu、rom以及ram通过总线被此相连。输入/输入(i/o)接口也连接至总线。

以下部件连接至i/o接口:包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至i/o接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。

特别地，提据本实施例，上文流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在计算机可读介质上的计算机程序，上述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。

附图中的流程图和示意图，图示了本实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或示意图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，示意图和/或流程图中的每个方框、以及示意和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

作为另一方面，本实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，该非易失性计算机存储介质可以是上述实施例中上述装置中所包含的非易失性计算机存储介质，也可以是单独存在，未装配入终端中的非易失性计算机存储介质。上述非易失性计算机存储介质存储有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个设备执行时，使得上述设备：根据参考时钟频率计算频率控制字、幅度控制字和相位控制字；根据所述频率控制字、幅度控制字和相位控制字产生频率、幅度、相位固定的正弦数字序列；将所述正弦数字序列转换为阶梯型波形；调整所述阶梯型波形的信号幅度，计算相位。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。