【免费下载】飞加器(Flying Adder) 以及时间平均频率(Time-Average-Frequency)

小石 · 发表于 2016-2-24 16:47:04

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本帖最后由小石于 2016-2-25 12:07 编辑

本帖，整理了一些 飞加器（Flying Adder）和 时间平均频率（Time Average Frequency）相关的资料。

首先说一下频率合成的概念：一种以一定频率为核心，通过线性运算产生大量具有相同精度和稳定性频率的方法。

相对于传统的锁相环频率合成技术，和直接数字频率合成技术，飞加器可以在任意频率值之间进行快速切换！

再奉上干货之前，我们先介绍一下时间平均频率与飞加器的概念：
1.1 什么是频率？

可通常而言，频率是指一个事件在单位时间（比如1秒）中发生的次数，周期是指事件发生一次所需的时间，周期是频率的倒数。想要计算一个重复事件的频率的话，可以通过计算该事件在单位时间内发生的次数。

在电路设计中，频率是指时钟信号在1秒时间内完成的脉冲数，每个脉冲的长度就是周期，时钟信号控制着芯片内部的所有活动。因此，时钟信号频率的定义是整个电路的时间参考。时钟信号在电子电路中的功能主要有两个：作为一个触发逻辑操作的触发器和作为一个开关采样控制系统，因此时钟信号的频率有两个含义：频率是在1秒时间内完成操作的数量指标（比如cpu在1秒时间内执行的指令数）；频率是在1秒内创建的样本数（将连续信号转换成离散）。

1.2 时间平均频率

时钟信号驱动着所有集成电路处理信号，当时钟信号达到一个预定的阀值电压（或电流），这一时刻就是触发点，会控制信号处理电路运行。所有的触发点都希望在同一时刻（相对于每个周期），从预判位置的任何偏差都将导致时钟抖动并对系统操作造成负面影响。这就使得对于频率产生了误解“所有周期都应具有相同的时间长度”。这一理念令时钟信号在任意值之间快速切换变得十分艰巨。

时间平均频率（TAF）的提出[8]，打破了“所有时钟周期必须具有相同的时间长度”的约束，此举是基于理解频率是一个长期的概念，在给定的时间长度内，只要给定数量的任务能够完成（或被触发），以怎么样一种方式完成，并不重要。所有的频率周期都相等是一种方式，平均时间频率利用两种或两种以上的不同长度的周期，是另一种方式。都可以实现最终数量指标的任务。举例进行说明：想要合成一个49.9MHz的频率，传统方式只能使用周期为20.04ns的脉冲信号来构建。采用时间平均频率的概念的话，就可以使用周期A（20ns）和周期B（20.1ns）。通过ABAAB的模式周期循环得到49.9MH（20*3/5+20.1*2/5=20.4ns）。也可以通过使用周期A（20ns）和周期B（20.08ns），通过AB的模式周期循环得到49.9MHz的频率。

2飞加器的基本原理

飞加器(Flying-Adder)频率合成技术实质上建立在平均时间频率(Time-Average- Frequency，TAF)概念之上的一种电路结构。其主要的电路结构如图2-1所示，可以看出它同直接数字频率合成（DDS）相似，都有一个相位选择器，但是差异也很明显，DDS中的相位累加器是用固定频率的时钟来驱动更新的，而飞加器中的时钟是输出信号反馈回来的，是动态的。输入信号为K路等频率的信号，这K路信号均匀的分布在一个周期T中，因此任意两个相邻信号之间的时间差Δ=T/K=1/（F·K）。其电路结构主要包括：多工器，含有小数位的累加器，反转触发器。D型触发器输出的脉冲波形，就是输出时钟频率（周期），同时它也是内部寄存器的驱动时钟。