數(shù)字控制振蕩器,數(shù)字控制振蕩器電路原理分析

在實際的通信系統(tǒng)中，攜帶數(shù)字信息的信號通常是由某種類型的載波調(diào)制方式發(fā)送的，傳送信號的帶寬限制在以載波為中心的一個頻段上，如雙邊帶調(diào)制，或在鄰近載波的頻段上，如單邊帶調(diào)制。無論何種調(diào)制方式，在發(fā)送端均需要一個高頻載波將信息調(diào)制上去，以減小信號衰落，相干解調(diào)時在接收端也需要一個與發(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)生這個高頻載波，在數(shù)字電路中是采用數(shù)控振蕩器(NCO)，也稱為直接數(shù)字頻率合成器〔DDS)，它的輸出頻率和相位可以受人為控制，從而滿足各種需要。

基本原理：

下圖為NCO的工作原理框圖:

數(shù)控振蕩器一般由基準時鐘(fclk)、相位字寄存器、相位累加器以及幅度/相位轉(zhuǎn)換電路等部分組成。在基準時鐘的作用下，每一個時鐘周期存貯在相位字寄存器里的值都由相位累加器進行累加，相位果加器的輸出作為查找表的輸人，從而得到相對應的幅度值。根據(jù)奈奎斯特采樣定律，輸出信號的頻率應小于基準時鐘的1/2。

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

N是相位寄存器的位數(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電路性能的一個關(guān)鍵部分。我們可以采用了Altera的加法器宏功能模塊形成一個32bit的累加器，它以流水線處理方式進行工作。

相位/幅 度轉(zhuǎn)換電路是NCO電路中的另一個關(guān)鍵部分，在設(shè)計中面臨的主要問題就是資源的開銷。

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

在APEX器件中，ROM由EAB實現(xiàn)，ROM表的尺寸隨著地址位數(shù)或數(shù)據(jù)位數(shù)的增加成指數(shù)遞增關(guān)系，因此在滿足信號性能的前提條件下，如何減少資源的開銷就是一個重要的問題。

在實際設(shè)計時，要充分利用信號周期內(nèi)的對稱性和算術(shù)關(guān)系來減少EAB的開銷。

上圖為產(chǎn)生正弦信號的相位/幅度轉(zhuǎn)換電路，相位累加器累加值的最高位(MSB )和次最高位(MSB-1)的組合作為象限確定模塊的輸人，由此來確定輸出信號所在的相平面和極性符號，如表所示。

正弦查找表存貯了1/4周期的正弦幅度數(shù)據(jù)，通過象限確定模塊就可以完成完整的正弦波的形成。這里采用了一個256 x 8的ROM宏模塊。地址線和數(shù)據(jù)線輸出均為8bit, 8bit地址分別對應相位累加器的30-23bit的輸出數(shù)據(jù)。正弦查找表的輸出是無符號的8bit數(shù)據(jù)，并不能代表正弦波形。求補模塊根據(jù)象限確定模塊的輸出符號位的極性來對查找表輸出數(shù)據(jù)進行求補，并把此符號位和正弦查找表輸出的高7bit組合作為最終正弦波輸出信號。