基于FPGA的数控振荡器设计.pdf

数控振荡器（NCO）是一种数字信号发生器，它在数字通信系统中扮演了重要的角色。NCO的主要优点包括高频率分辨率、波形稳定度高以及频率转换速度快等。基于FPGA的数控振荡器设计的研究，为数字电路系统的设计提供了便利，同时在降低成本和缩短开发时间上也具有显著效果。 FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可以根据用户需求进行编程配置的集成电路。它允许设计者通过软件工具来设计和编程，实现复杂的功能，非常适合用于需要快速原型设计和迭代的场合。FPGA内部包含了可配置的逻辑块、存储资源以及I/O模块，这些资源通过可编程的互连结构连接起来。 Quartus II是一款广泛使用的FPGA开发软件，由Altera公司（现为英特尔旗下子公司）开发。它支持FPGA和CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）的设计，提供了从设计输入、综合、仿真到配置下载的完整流程。 数控振荡器（NCO）的核心部分包括相位累加器和波形数据产生器。相位累加器的作用是实现相位的累加，并存储累加结果，它通常由两个N位加法器和一个N位相位寄存器组成。每次时钟脉冲到来时，相位累加器将寄存器中的值与输入参数（相位控制字）相加，结果存回寄存器作为新的相位值输出。相位累加器的输出值与相位控制字相加后的结果，作为波形数据产生器中查找表（LUT，Look-Up Table）的寻址地址。 波形数据产生器，也就是正弦查找表（LUT），本质上是一个存储器。它存储了一个整周期正弦波的所有采样点的幅值数据，构成一个查找表。每个地址对应正弦波中的一个特定相位点，查找表将地址信息映射成相应的正（余）弦幅度信号。当相位累加器的值每增加一个周期时，查找表便输出一次完整的正弦波数据。 NCO的工作原理可总结为：相位累加器在每个时钟周期内累加相位增量，当累加到溢出时，相位累加器复位，实现周期性的相位累加过程。波形数据产生器读取相位累加器的累加结果，并根据该结果从查找表中读取相应的正弦波采样数据输出。 在实际的设计过程中，NCO的设计和实现需要考虑频率分辨率、相位噪声、杂散抑制等性能指标，确保其输出信号的性能满足设计要求。通过Quartus II等FPGA开发软件，设计者可以进行功能仿真和时序仿真，验证NCO设计的正确性和性能。 总结来说，数控振荡器（NCO）是一种基于数字技术的信号发生器，利用FPGA作为实现平台，通过Quartus II等软件工具进行设计和仿真。其主要由相位累加器和波形数据产生器构成，具有高频率分辨率、高波形稳定度和快速频率切换等优点，被广泛应用于数字通信、电子测量、调频通信和电子对抗等多个领域。NCO的设计不仅简化了数字电路系统的设计流程，还降低了成本，缩短了开发周期。