基于FPGA和SRAM的数控振荡器的设计与实现

数控振荡器是数字通信中调制解调单元必不可少的部分,同时也是各种数字频率合成器和数字信号发生器的核心。随着数字通信技术的发展。对传送数据的精度和速率要求越来越高。如何得到可数控的高精度的高频载波信号是实现高速数字通信系统必须解决的问题。 【基于FPGA和SRAM的数控振荡器的设计与实现】 数控振荡器（Numerical Controlled Oscillator，NCO）在数字通信系统中扮演着关键角色，尤其在调制解调单元、数字频率合成器和数字信号发生器中不可或缺。随着数字通信技术的进步，对于数据传输的精度和速率的需求日益提升，因此，设计一个可数控的、高精度的高频载波信号生成器成为实现高速数字通信系统的关键。 传统的NCO实现方法主要有计算法和查表法。计算法通过实时计算生成正弦波样本，但这种方法计算量大，适合低频信号生成。相比之下，查表法更为常见，它预先计算并存储不同相位的正弦值，通过相位累加器产生的地址读取相应相位的正弦值，从而生成所需频率的正弦波。这种方法效率高，但受限于存储器的容量和位宽，会影响NCO的性能。 本文提出了一种利用FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）和SRAM（Static Random-Access Memory，静态随机存取存储器）来实现高精度NCO的方法。传统的NCO设计常使用片内ROM作为查找表，这限制了其性能的提升。而采用外部SRAM作为查找表，可以显著增加查找表的深度和宽度，提高NCO的性能。 NCO的实现结构包括频率控制字寄存器、相位控制字寄存器、累加器、加法器、通道控制字寄存器、通道选择器和锁存器。其中，频率控制字寄存器设定载波频率，相位控制字寄存器设定初始相位，32位累加器进行频率控制字的累加运算，加法器将累加结果与相位控制字相加，生成的高16位地址信息用于读取SRAM中的正弦值数据。 通道控制字寄存器和通道选择器则负责选择不同的数据通道，实现多路信号的生成。SRAM作为一个64Kx32位的高性能静态存储器，存储预计算的正弦和余弦样本，通过通道选择器和锁存器输出信号，确保数据同步。 NCO的工作流程包括初始化SRAM，微处理器先通过通道选择器写入配置信息，然后对SRAM进行配置，写入载波样本。工作时，NCO的控制逻辑使SRAM进入读取状态，相位地址驱动SRAM读取数据，经过锁存器输出，实现频率合成。 本文提出的设计方案利用FPGA的灵活性和SRAM的大容量存储，有效地提高了数控振荡器的精度和频率范围，适应了现代高速数字通信系统的需求。通过优化查找表的实现方式，这一设计提供了一种高效且可扩展的NCO实现策略。