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�(shù)字控制振蕩器
閱讀�10636�(shí)間:2011-05-20 22:07:47

  �(shù)字控�振蕩�即NCO(N umerically Controlled Oscillator)是用于產(chǎn)生一�(gè)理想�、數(shù)字可控的正弦或余弦波的數(shù)字控制式振蕩器,其實(shí)�(xiàn)方法有實(shí)�(shí)�(jì)算法和查表法等多�。NCO的目�(biāo)是產(chǎn)生頻率可變的正、余弦波樣本�(n=0�1�2.)。式�,fLO為本地振蕩頻�,fS為輸入信�(hào)的采樣頻��

概述

  在實(shí)際的通信系統(tǒng)中,攜帶�(shù)字信息的信號(hào)通常是由某種類型的載波調(diào)制方式發(fā)送的,傳送信�(hào)的帶寬限制在以載波為中心的一�(gè)頻段�,如雙邊帶調(diào)�,或在鄰近載波的頻段上,如單邊帶�(diào)�。無論何種調(diào)制方式,在發(fā)送端均需要一�(gè)高頻載波將信息調(diào)制上�,以減小信號(hào)衰落,相干解�(diào)�(shí)在接收端也需要一�(gè)與發(fā)送端同頻同相的高頻載波將信息從高頻上解調(diào)下來。為了產(chǎn)生這�(gè)高頻載波,在�(shù)字電路中是采用數(shù)控振蕩器(NCO),也稱為直接�(shù)字頻率合成器〔DDS),它的輸出頻率和相位可以受人為控制,從而滿足各種需��

  �(shí)�(shí)�(jì)算法的正弦波樣本以實(shí)�(shí)�(jì)算產(chǎn)生,該方法因其計(jì)算需要耗費(fèi)很多�(shí)�,因而只能產(chǎn)生較低頻率的正弦�,而且存在�(jì)算精度與�(jì)算時(shí)間的矛盾。由于在需要產(chǎn)生高速的正交信號(hào)�(shí),實(shí)�(shí)�(jì)算法將無法實(shí)�(xiàn)。因�,在�(shí)際應(yīng)用中一般采用最有效、最簡單的查表法,即事先根據(jù)各�(gè)NCO正弦波的相位�(jì)算好相位的正弦�,并按相位作為地址信息存儲(chǔ)該相位的正弦值數(shù)�(jù)�

組成

  �(shù)控振蕩器一般由基準(zhǔn)�(shí)�(fclk)、相位字寄存器、相位累加器以及幅度/相位�(zhuǎn)換電路等部分組成�

  1.相位累加器對(duì)輸入頻率控制字M不斷累加,得到以該頻率字為步�(jìn)的數(shù)字相��

  2.函數(shù)�(fā)生模塊,�(duì)�(dāng)前相位�(jìn)行對(duì)�(yīng)幅度�(zhuǎn)換后,可以輸出任意函�(shù)的波��

  函數(shù)�(fā)生模塊最直接的實(shí)�(xiàn)方法是只讀存儲(chǔ)器查找表(ROM LUT)�,將正、余弦波形的抽樣存放在ROM�,并通過一�(gè)DAC周期地�(jìn)行輸�,從而產(chǎn)生輸出波�。如輸出信號(hào)幅度位數(shù)為a,相位地址位數(shù)n所需查找表的大小為a×2n。結(jié)合上文結(jié)論可�,頻率分辨率越高,所需要的ROM越大,和n為指�(shù)增長�(guān)�??梢?,ROM LUT法很難兼顧功�、性能、成本三方面,而CORDIC算法的應(yīng)用能夠很好地解決這一問題�

  3.相位相加器將相位寄存器中的數(shù)字相位與相位控制字相�,得到偏移后的當(dāng)前相位�

  �(shè)系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率為fc,頻率控制字為M,相位寄存器位數(shù)為N,則�(shù)控振蕩器輸出信號(hào)頻率�。根�(jù)Nyquist抽樣定理,fs值為1/2fc,而在�(shí)際設(shè)�(jì)�,一般不�(yīng)大于�(shí)鐘頻率的1/4。其頻率分辨率為,根�(jù)此式,在系統(tǒng)�(shí)鐘頻率不變的情況下,相位寄存器位�(shù)N越大,產(chǎn)生信�(hào)的頻率分辨率越高�

性能參數(shù)

  NCO的性能指標(biāo)包括信號(hào)頻率分辨�、信噪比(SNR)、無雜散�(dòng)�(tài)范圍(SFDR)和輸出的信號(hào)正交�。這些性能指標(biāo)取決于NCO的數(shù)�(jù)位數(shù)。NCO的數(shù)�(jù)位數(shù)包括用于表示相位�(shù)�(jù)的位�(shù)n和表示相位的正弦值數(shù)�(jù)的位�(shù)nb,二者之間存在nb取決于n的關(guān)�,且前者必須能夠表示相位變化時(shí)其相位正弦值變化的最小值和�。而這又分為兩種情況�

  種情況是相位最小變化值的正弦值最小變化發(fā)生在π/2-△φ~π/2,π/2~π/2+△��3π/2-△φ~3π/2�3π/2�3π/2+△�,同�(shí)其相位的取值是�0�2π間且等間隔地分為2n爪取值點(diǎn),因此,由正弦波的特性可知:只需要討論相位在π/2-△φ與π/2取值點(diǎn)的正弦值之��

  第二種情況是相位最小變化值的正弦值的變化�(fā)生在0~△φ,π-△φ~π,π~π+△��2π-△φ~2π取值點(diǎn)處。該情況可以通過類似于種情況的推�(dǎo)方法得到�

  NCO的噪聲是�?yàn)榇嬖谡抑档牧炕`差而引入的,且量化誤差由表示正弦值的位數(shù)決定�

原理

  下圖� NCO 的工作原理框�:

數(shù)字控制振蕩器的原理

  �(shù)控振蕩器一般由基準(zhǔn)�(shí)�(fclk)、相位字寄存�、相位累加器以及幅度/相位�(zhuǎn)換電路等部分組成。在基準(zhǔn)�(shí)鐘的作用�,每一�(gè)�(shí)鐘周期存貯在相位字寄存器里的值都由相位累加器�(jìn)行累加,相位果加器的輸出作為查找表的輸人,從而得到相�(duì)�(yīng)的幅度�。根�(jù)奈奎斯特采樣定律,輸出信�(hào)的頻率應(yīng)小于基準(zhǔn)�(shí)鐘的 1/2�

  相位累加器輸�(△�)的數(shù)值和系統(tǒng)的頻�(fclk)決定了輸出頻�(fout),它門的關(guān)系如�:

  N是相位寄存器的位�(shù),N 值的大小決定了頻率分辨率(fres ),有

  在這里假設(shè),fclk=128MHz, N=32,可以計(jì)算出 NCO 的頻率分辨率

  fres=0.0298Hz

  相位累加器是決定 NCO 電路性能的一�(gè)�(guān)鍵部�。我們可以采用了Altera的加法器宏功能模塊形成一�(gè)32bit的累加器,它以流水線處理方式�(jìn)行工��

  相位/� 度轉(zhuǎn)換電路是NCO 電路中的另一�(gè)�(guān)鍵部�,在�(shè)�(jì)中面臨的主要問題就是資源的開��

  一般電路采用ROM �(jié)�(gòu),相位累加器的輸出是一種數(shù)字式鋸齒�,通過取它的若干位作為 ROM的地址輸人,而后通過查表和運(yùn)算,ROM就能輸出所需波形的量化數(shù)�(jù)�

維庫電子通,電子知識(shí),一查百��

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