数字频率转换方法及电路技术

本发明专利技术涉及一种数字频率转换方法及电路，该数字频率转换方法包括以下步骤：计算阈值，该阈值等于输入数据的最大幅值乘以工作时钟频率除以输出脉冲信号的最大频率；将输入数据进行累加；用累加值减去阈值，当差值为正数或零时，将所述差值作为下一次累加的一初始值，当差值为负数时，将累加值ｓｕｍ作为下一次累加的一初始值；将所述差值进行译码产生脉冲输出。该数字频率转换电路，包括由加法器及寄存器组成的累加器、用于存取阈值的阈值寄存器、用于将所述加法器输出与所述阈值相减的减法器、选择所述加法器或减法器其中一运算结果输入所述寄存器的选择器及将所述差值进行译码产生脉冲信号的译码器。本发明专利技术具有适用范围广、实现成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计涉及数据转换
，尤其涉及一种数字频率转换方法及电路。
技术介绍
随着电子技术的发展，电能计量用芯片实现成为电能表发展的方向。使用芯片实现时如果全部用模拟电路实现精度不会很高，为克服模拟电路这一缺点，现在典型的电能计量芯片使用ADC(模数转换器)将模拟信号量化为数字信号，在数字电路中实现滤波和功率计算等操作，可以得到较高的精度。电能计量的结果一般需要将功率转换成脉冲信号输出，来推动外接的机械式转子，输入信号(功率)越大，输出的脉冲信号的频率越高，这就需要一个数字频率转换单元。传统的数字频率转换单元对输入信号进行累加，累加的进位信号作为频率输出，美国专利US5760617中已披露，其原理方框图如图1所示，该技术方案属于一种特定设计，如果输出脉冲的最大频率、输入数据的最大幅度、累加器的时钟频率发生变化，原来设计的进位信号就不能再作为频率信号输出，所以灵活性很差。数字频率转换单元中输出脉冲信号的最大频率在一些情况下是要求可配置的，在这种情况下，即使不用进位信号而改变电路结构，使用新的方法产生出频率信号，仍然不能解决同一个芯片输出脉冲信号的最大频率可配置的问题；同时，输入数据的最大幅度和工作时钟频率同样可能是变化的，如果能将数字频率转换单元做成可编程即可解决以上问题。中国专利授权公告号CN1169291C，授权公告日2004年9月29日，揭露了一种用于乘积到脉冲转换的方法及电路，其电路原理框图如图2所示，该技术方案不再使用进位信号作为频率输出，而是于电路中引入一个常数，可以适应不同的输出频率，其中寄存器1输入端之前的电路是电表中的功率计算单元，寄存器1输出端之后的电路为数字频率转换单元。寄存器1将功率计算部分输出的数据速率升采样到数据脉冲转换单元工作的数据速率上，显然该技术方案中数字频率转换单元有如下缺点其一，数字频率转换单元的工作过程需要借助于其他电路，仅用于电能计量；其二，用寄存器1进行零阶保持直接将数据速率变换到数字频率转换单元的输入速率上，镜像频率不可避免的影响到系统的转换精度；其三，在要求输出频率变化时，通过改变常数值实现，但存有一个问题，数字频率转换单元本来就是将幅度大小不同的输入信号变换成不同的频率输出，如果常数值也变化，就使得情况变得复杂，很有可能影响到算法的正确性，即使保证算法正确控制也变得复杂，而该技术方案并没有给出配置常数值的方法。另外，该技术方案要求数字频率转换单元的工作时钟频率大于输入数据速率，要求输入数据位宽与累加器的位宽、以及常数位宽相同，这些限制都制约了该方法的应用范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种数字频率转换方法及电路，适用于不同的输入数据的最大幅度、输出脉冲信号的最大频率或工作时钟频率，可增加应用的灵活性并降低实现成本。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种数字频率转换方法，包括以下步骤①计算阈值，该阈值等于输入数据的最大幅值乘以工作时钟频率除以输出脉冲信号的最大频率；②将输入数据进行累加，输出累加值sum；③用累加值sum减去阈值，当差值为正数或零时，将所述差值作为下一次累加的一初始值与输入数据进行累加；当差值为负数时，将累加值sum作为下一次累加的一初始值与输入数据进行累加；④将累加值sum与阈值的差值进行译码产生脉冲输出。本专利技术的另一技术方案是一种数字频率转换电路，包括累加器，其包括加法器及寄存器，该加法器将输入数据与寄存器内容相加，其中，该数字频率转换电路还包括阈值寄存器，用于存取阈值；减法器，所述加法器输出经过该减法器减去所述阈值，输出差值；选择器，选择所述加法器或减法器其中一运算结果输入所述寄存器；译码器，用于将所述差值进行译码产生脉冲信号。本专利技术的有益效果是由于本专利技术对传统的数据频率转换方法及电路进行了改进，引入阈值参数，通过将所述累加结果与阈值相减产生脉冲信号，由于阈值为输入数据的最大幅值在一个输出脉冲周期内的累加值，不同的输入数据的最大幅度、工作时钟频率、输出脉冲信号的最大频率可对应不同的阈值，从而本专利技术适用于不同的输入数据的最大幅度、输出脉冲信号的最大频率或工作时钟频率，有效地解决了上述参数可配置的问题，进而增加了应用的灵活性，并降低了实现的成本。附图说明图1是现有电压频率转换电路的原理方框图。图2是现有乘积/脉冲转换电路的原理方框图。图3是本专利技术数字频率转换方法及电路的原理方框图。图4是本专利技术数字频率转换方法及电路一实施例的工作时序图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术数字频率转换方法，包括以下步骤①计算阈值，该阈值等于输入数据的最大幅值乘以工作时钟频率除以输出脉冲信号的最大频率；②将输入数据进行累加，输出累加值sum；③用累加值sum减去阈值，当差值为正数或零时，将所述差值作为下一次累加的一初始值与输入数据进行累加；当差值为负数时，将累加值sum作为下一次累加的一初始值与输入数据进行累加；④将累加值sum与阈值的差值进行译码产生脉冲输出。该输入数据的最大幅值、工作时钟频率和输出脉冲信号的最大频率可以是变化值。如图3所示，本专利技术数字频率转换电路，包括累加器，其包括加法器及寄存器，该加法器将输入数据与寄存器内容相加，其特征在于该数字频率转换电路还包括阈值寄存器，用于存取阈值；减法器，所述加法器输出经过该减法器减去所述阈值，输出差值；选择器，选择所述加法器或减法器其中一运算结果输入所述寄存器；译码器，用于将所述差值进行译码产生脉冲信号。该选择器与所述减法器之间还连接有译码器，该符号位检测触发模块用于向所述选择器提供一控制信号。该寄存器的工作时钟频率与输入数据的数据速率相同。该加法器的位数与所述输入数据的位数、阈值寄存器的位数不同时，只要相加时左对齐即可，该加法器的位数与寄存器的位数相同。工作时，用户可以根据输入数据的最大幅度、工作时钟频率、输出脉冲信号的最大频率计算出阈值，写入到阈值寄存器中，本专利技术就可以输出满足需求的频率信号。阈值计算方法如下假定Ts为时钟周期，P为输入数据的幅值，Pmax为输入数据的最大幅值，n为一个输出脉冲周期包含的时钟周期数，nmax为输出脉冲频率最大时一个脉冲周期包含的时钟周期数，fclk为时钟频率，fmax为输出脉冲信号的最大频率。根据输出脉冲的频率与输入数据的幅值之间的正比关系可知，输入数据的幅值越大，进行累加达到阈值的时钟周期数越少，从而得到的输出脉冲的周期越短，因此输出脉冲的频率越高，因此有如下的数量关系ΣnP=ΣnmaxPmax=threshold]]>从而threshold=Pmax*nmax=Pmax*fclkfmax---(1)]]>其中的nmax不需要是整数。加法器将输入数据与寄存器内容进行相加输出累加值sum，该累加值sum经过一减法器减去阈值，如果两者差值大于或等于0，则译码器输出信号1，选择器选择累加值sum与阈值间的差值作为寄存器的输入；否则，译码器输出信号0，采用累加值sum作为寄存器的输入，该寄存器的输出将作为下一轮累加的一初始值。图4是本专利技术数字频率转换方法及电路一实施例的工作时序图，图中输入数据为2，阈值为11，于第一时钟周期，寄存器寄存值为6，累加值sum为8，显然累本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字频率转换方法，包括以下步骤：①计算阈值，该阈值等于输入数据的最大幅值乘以工作时钟频率除以输出脉冲信号的最大频率；②将输入数据进行累加，输出累加值ｓｕｍ；　③用累加值ｓｕｍ减去阈值，当差值为正数或零时，将所述差 值作为下一次累加的一初始值与输入数据进行累加；当差值为负数时，将累加值ｓｕｍ作为下一次累加的一初始值与输入数据进行累加；④将累加值ｓｕｍ与阈值的差值进行译码产生脉冲输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈克林，陈自力，韩旭明，周命福，
申请(专利权)人：深圳市芯海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]