EDA论文基于FPGA的NCO设计与仿真.doc

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1、EDA论文论文题目：基于FPGA的NCO设计与仿真学院：电子工程学院年级：2012级专业：电子信息工程姓名：付伟伟学号：任课教师：杨自恒2015年6月27日摘要本文介绍了NCO"title="NCO">NCO数字控制振荡器的工作原理，详细分析了数控振荡器的性能指标和其在FPGA"title="FPGA">FPGA中的实现方法，最后给出了新设计的数控振荡器在QUARTUSII中的仿真结果。关键词数控振荡器(NCO)；无杂散动态范围(SFDR)；FPGA；频率控制字目录摘要I第一章NCO的概念1一、概述1二、

2、NCO的发展1三、NCO的背景知识1第二章NCO在实际工程中的作用3一、高精度范围3二、调制灵活性3三、数控振荡器的基本实现原理3四、足够的精度6第三章NCO的系统结构及工作原理6一、数字控制振荡器的组成7（一）相位累加器7（二）函数发生模块7（三）相位寄存器7二、数字控制振荡器的性能参数7第四章NCO各组成部分设计9一、NCO实现原理9二、NCO几种常见设计方法10（一）计算法10（二）CORDIC算法10（三）查表法10三、正交NCO的查找表实现方法11四、可变模计数器的设计11五、正余弦查找表的设计

3、11六、正余弦表的装载12第五章系统仿真13一、设计实现及其仿真波形14二、Quartus仿真输出波形14三、资源占用情况15总结16第一章NCO的概念一、概述数字控制振荡器（NCO，numericallycontrolledoscillator）是软件无线电、直接数据频率合成器（DDS，Directdigitalsynthesizer）、快速傅立叶变换（FFT，FastFourierTransform）等的重要组成部分，同时也是决定其性能的主要因素之一，用于产生可控的正弦波或余弦波。随着芯片集成度的提高

4、、在信号处理、数字通信领域、调制解调、变频调速、导控制、电力电子等方面得到越来越广泛的应用。二、NCO的发展随着数字通信技术的飞速发展，软件无线电的应用愈加的广泛，而影响软件无线电性能的关键器件数控振荡器NCO(NumericalCONtrolledOscillator)的设计至关重要；NCO的设计采用直接数字频率合成(DDS)技术；1971年3月美国学者J.Tierncy、C.M.Rader和B.Gold首次提出了直接数字频率合成(DDS)技术。这是一种从相位概念出发直接合成所需要的波形的新的全数字频率

5、合成技术。同传统的频率合成技术相比，DDS技术具有频率精度高、转换时间短、频谱纯度高以及频率相位易编程、输出的频率稳定度与系统的时钟稳定度相同等一系列优点，广泛应用于现代各种通信系统中，包括数字上下变频、中频变换、频率合成以及扩频系统和各种频率相位数字调制解调系统中。三、NCO的背景知识在实际的通信系统中，携带数字信息的信号通常是由某种类型的载波调制方式发送的，传送信号的带宽限制在以载波为中心的一个频段上，如双边带调制，或在邻近载波的频段上，如单边带调制。无论何种调制方式，在发送端均需要一个高频载波将信息

6、调制上去，以减小信号衰落，相干解调时在接收端也需要一个与发送端同频同相的高频载波将信息从高频上解调下来。为了产生这个高频载波，在数字电路中是采用数控振荡器(NCO)，也称为直接数字频率合成器〔DDS)，它的输出频率和相位可以受人为控制，从而满足各种需要。第二章NCO在实际工程中的作用一、高精度范围在正交数字混频器中，采用，可以将数字处理延续到正交调制之后或正交解调之前，滤波器和增益控制就可以用数字方法实现，I、Q两路也就不会存在增益的不平衡，加上数控振荡器(NCO)的低正交误差，可以使系统误差降低到数据的

7、最低比特(LSB)的高精度范围。二、调制灵活性此外，正交数字混频器更容易与数字信号处理技术结合，使得数字调制更加灵活，进而实现软件无线电所要求的软件可更改的调制解调。数控振荡器是正交数字混频器的核心部分，它具有频率分辨率高、频率变化速度快、相位可连续线性变化和生成的正弦P余弦信号正交特性好等特点。而且NCO的相位、幅度均已数字化，可以直接进行高精度的数字调制解调。随着数字通信的发展，传送的数据速率越来越高。如何得到一个可数控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。三、数控振荡器的基本实现原理数

8、控振荡器的作用是产生正交的正弦和余弦样本。传统方法是采用查表法(LUT)，即事先根据各个正余弦波相位计算好相位的正余弦值，并按相位角度作为地址存储该相位的正余弦值，构成一个幅度P相位转换电路(即波形存储器)。在系统时钟的控制下，由相位累加器对输入频率字不断累加，得到以该频率字为步进的数字相位，再通过相位相加模块进行初始相位偏移，得到要输出的当前相位，将该值作为取样地址值送入幅度P相位转换电路，查表获得正余弦信号样本。对于一个相