1 引言
數(shù)控振蕩器是數(shù)字通信中調(diào)制解調(diào)單元必不可少的部分,同時(shí)也是各種數(shù)字頻率合成器和數(shù)字信號發(fā)生器的核心。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展。對傳送數(shù)據(jù)的電感廠家精度和速率要求越來越高。如何得到可數(shù)控的高精度的高頻載波信號是實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字通信系統(tǒng)必須解決的問題?？删幊踢壿嬈骷痛笕萘看鎯ζ鞯陌l(fā)展為這一問題的解決帶來了曙光。本文介紹如何用FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)和SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存儲器)實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)控振蕩器。
2 NCO概述
NCO(Numerical Controlled Oscillator)即數(shù)控振蕩器用于產(chǎn)生可控的正弦波或余弦波。其實(shí)現(xiàn)的方法目前主要有計(jì)算法和查表法等。計(jì)算法以軟件編程的方式通過實(shí)時(shí)計(jì)算產(chǎn)生正弦波樣本．該方法耗時(shí)多且只能產(chǎn)生頻率相對較低的正弦波．而需要產(chǎn)生高速的正交信號時(shí),用此方法無法實(shí)現(xiàn)。因此,在實(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)各個(gè)NCO正弦波相位計(jì)算好相位的正弦值。并以相位角度作為地址把該相位的正弦值數(shù)據(jù)存儲在表中,然后通過相位累加產(chǎn)生地址信息讀取當(dāng)前時(shí)刻的相位值在表中對應(yīng)的正弦值,從而產(chǎn)生所需頻率的正弦波。
用查表法實(shí)現(xiàn)NCO的性能指標(biāo)取決于查表的深度和寬度,即取決于表示相位數(shù)據(jù)的位數(shù)(查表存儲器地址線的位數(shù))和表示正弦值數(shù)據(jù)的位數(shù)(查表存儲器數(shù)據(jù)線的位數(shù))。改善NCO性能最簡單和最根本的方法是加大查找表的深度和寬度。目前,用查找表法實(shí)現(xiàn)NCO的普遍做法是用片內(nèi)ROM作為查找表,由于片內(nèi)資源的限制,查找表的深度和寬度一般不會很大(通常為256x8 bits),大大限制了NCO性能的提高。用獨(dú)立的大容量SRAM作為查找表,把查找表從片內(nèi)移到片外,可以較好解環(huán)型電感決這個(gè)問題。基于這種思想,筆者成功地用FPGA(Xilinx公司的XC2V1000型門陣列)和SRAM(Cypress公司的CY7C1021型存儲器)實(shí)現(xiàn)了NCO。
3 NCo的實(shí)現(xiàn)
3．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
用FPGA和SRAM實(shí)現(xiàn)的NCO的結(jié)構(gòu)如圖1所示。大框內(nèi)部分是由FPGA完成．主要部件分為頻率控制字寄存器、相位控制字寄存器、通道控制字寄存器、累加器、加法器一體電感器、通道選擇器和鎖存器等。微處理器對NC()進(jìn)行控制,可用單片機(jī)或DSt,(數(shù)字信號處理器)實(shí)現(xiàn)。
3．1.1 頻率控制字寄存器、相位控制字寄存器、累加器和加法器
頻率控制字寄存器和相位控制字寄存器都是32位并行輸入,并行輸出寄存器,它們通過微處理器接口進(jìn)行讀寫。頻率控制字寄存器確定載波的頻率．相位控制字寄存器確定載波的初始相位。32位累加器對代表頻率的頻率控制字進(jìn)行累加運(yùn)算,累加結(jié)果與代表初始相位的相位控制字通過32位加法器進(jìn)行相加運(yùn)算．相加結(jié)果的高16位數(shù)據(jù)讀取查找表的地址信息。頻率控制字寄存器、相位控制字寄存器、累加器和加法器可以用VHD[．語言描述,集成在一個(gè)模塊中,其VHDL源程序如下：
3．1．2通道控制字寄存器和通道選擇器
通道控制字寄存器和頻率控制字寄存器與相位控制字寄存器的結(jié)構(gòu)完全一樣．都是32位并行輸入／并行輸出寄存器,通過微處理器接口進(jìn)行讀寫。通道控制字寄存器僅用最后一位對通道選擇器進(jìn)行控制。通道選擇器是二選一復(fù)用器．當(dāng)Sel控制端為O時(shí)選擇通道l,當(dāng)Sel控制端為1時(shí)選擇通道2。通道選擇器作為SRAM與FPGA的接口．每個(gè)通道不僅包括16條地址線,而且還有3條控制線和32條數(shù)據(jù)線。在圖l中,為了使NCO的結(jié)構(gòu)更加清晰,通道選擇器的控制線和數(shù)據(jù)線沒有表示出來。
3．1.3工字電感器 SRAM和鎖存器
SRAM是64Kx32的高性能靜態(tài)RAM．由2個(gè)CY7C102l(64KXl6)并聯(lián)構(gòu)成,用作查找表。SRAM通過微處理器進(jìn)行配置,直接存放2路、1個(gè)周期、65 536個(gè)16位載波樣本(高16位存放正弦波,低16位存放余弦波)。雖然SRAM是異步器件,但由于工作速度極高,在簡單控制邏輯配合下完全可以工作在同步模式下。NCO工作時(shí)．控制邏輯(用VHDL語言描述)通過通道l使SRAM的控制信號線處于讀有效電平,用相位地址直接驅(qū)動SRAM．從SRAM讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)入32位鎖存器．分2路直接輸出．不需要任何地址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯。用于鎖存器的時(shí)鐘和用于累加器、加法器的時(shí)鐘在相位上相差180°,這是由SRAM的開關(guān)特性決定的。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
