一种宽频带数控振荡信号生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种高频率分辨率，高精度的数控振荡信号生成方法。该数控振荡信号生成方法综合利用系统要求的频率分辨率和输出信号信噪比，确定数控振荡器的查找表的抽取间隔，然后按照抽取间隔对原始的正弦波表进行抽取并用于数控振荡器的硬件存储器中；然后在数控振荡器的地址产生端对地址进行截断处理，从而实现高频率精度、高频率分辨率的数控振荡信号。本发明的这种新型数控振荡器的设计，较现有的数控振荡器，可以大大节省数控振荡器的硬件需求，在有限的硬件资源条件下实现高频率精度、高频率分辨率的数控振荡器信号。
【专利说明】一种宽频带数控振荡信号生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数字振荡器的设计方法，更具体的讲，涉及用于无线电接收机的，基于相同数值点的取代技术的正余弦函数表的数控振荡器的设计方法。
【背景技术】
[0002]数控振荡器(NCO,Numerically Controlled Oscillator)在无线电接收其同种有重要应用。比如高速采样的信号进入数字电路进行数字下变频器中，数控振荡器是其中的重要组成部分，用于提供可变的本地振荡信号。由于频率分辨率高、频率切换方便，方便数字实现等优点，数控振荡器应用于无线电地面接收机的内部的数字电路方面。
[0003]如图1，数控振荡器包括相位累加器和函数发生器两大部分。数字实现时，地址累加器对给定的输入频率控制字进行累加，在采样时钟下得到对应相位的地址。函数发生器就是一张正弦函数表，根据得到的地址进行查表，得到对应相位的正弦函数值。重复此过程，得到给定频率的正弦序列。
[0004]高速数字信号处理中，经常需要高速采样信号进行下变频，需要用到高频率精度、高频率分辨率的数控振荡器。常见的查表法能够实现高频率精度、高分辨率的数控整荡器，但是它需要的正弦函数表的长度Ltl = (fs/Af).Ν，其中fs是数据采样频率，Af是频率分辨率。在分辨率要求高的时候，需要的容量会变得很庞大。高速数据处理fs通常达到IOOMHz以上，高分辨率时Af在IHz以下，长度L在IX 108，这样大量的数据在目前的高速数字电路(FPGA等)上难以实现存储。
[0005]另外一个常见的能够节省资源的数控振荡器的构造方法是CORDIC算法，它可以旋转模式作为直接数字频率合成(DDS)的实现，使用较少的资源。但是，在用FPGA硬件实现时，由于大量采用的定点算法，完成其中的三角函数和反三角函数的计算时会出现一些微小的、不确定的截断误差，难于达到高频率精度。例如，用16位字长，按fs= 100MHz, Af=IHz产生f = 50MHz的正弦信号，实测的频率偏差约为5mHz。虽然其相对误差达到10_1(1，但是在一些深空测控等高要求的实际应用场合中，不能满足要求。
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明提供一个在有限硬件资源条件下，实现高频率精度、高分辨率，可以降低数控振荡器对数字硬件资源消耗的宽频带数控振荡信号生成方法。
[0007]技术方案:本发明的宽频带数控振荡信号生成方法，包括以下步骤:
[0008]I)根据下式求出理论上满足频率分辨率要求的函数查找表的长度L1:
[0009]L1 = fs/Af，其中，fs为系统工作时钟频率，Af为系统要求的数控振荡器的频率分辨率；
[0010]然后生成L1长度的正弦函数序列=η = O, I,
H[0011 ] 2)根据系统要求的信噪比SNR，利用公式N = SNRidBl:1J6，确定数控振荡器的
输出位数N。
[0012]3)根据下式计算出所需的数控振荡器查找表长度L2:
[0013]L2= (2% )，其中N为数控振荡信号的位数N;
[0014]然后确定最大的抽取系数Dniax = L1ZV
[0015]4)按照如下条件确定抽取系数D:且D为2的整数次幂。
4
[0016]5)按照抽取系数D，对步骤I)中生成的正弦函数序列X1 (η)进行均匀抽取，得到抽取后长度为L的函数序列x(i),即x(i) = X1 (1+D.i), i = O,…L_l, L =〒。
[0017]6)将步骤5)生成的函数序列x(i)根据步骤2)确定的数控振荡信号的位数N，对步骤5)中抽取后的函数序列x(i)进行量化，将得到的量化后的函数序列的值保存到函数查找表内。
[0018]7)按照下式计算相位累加的步长λ:
[0019]，其中，f为输出信号的频率值；
[0020]然后对相位进行步长为λ的累加,生成相位值,将相位值作为长度为L1的函数查找表的地址。
[0021]8)在地址截取器对步骤7)生成的函数查找表的地址进行截取，即把步骤7)生成的函数查找表的地址中低位的1g2D位去掉，得到截取后的地址。
[0022]9)在系统时钟的作用下，根据步骤8)得到的截取后的地址，从函数查找表中取出数值，得到数控振荡信号。
[0023]实际的正弦函数表，还可以根据其对称性，只存储其前1/4周期的信号值就可以了，其余部分的正弦信号可以通过前1/4周期的信号通过反褶、翻转等简单操作产生，由此可以进一步节省资源。这些内容与一般的查找表中使用的方法相同，这里不再赘述。
[0024]本发明的发明目的是这样实现的:依据图1的原理，通过VHDL语言等EDA设计软件，设计相关的逻辑，经过相关的EDA软件的综合，在FPGA或者VLSI硬件上实现。
[0025]本发明方法应用在天文地面接收机内部，在高速信号处理中，实现高频率分辨率的数控振荡器，可以降低数控振荡器对数字硬件资源的消耗。
[0026]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0027]I)本发明根据系统要求的输出信号频率的精度和信噪比等参数，把原有理论的占据大量硬件储存空间的函数查找表，按照设计方法中确定的抽取系数进行抽取。抽取后的函数查找表能减少了数据数量，能够在硬件上方便实现。在有限的数字硬件资源下，实现了数控振荡器高频率精度、高频率分辨输出。
[0028]2)相位累加器输出的累加相位值，按照设计方法中确定的位数进行截取，就可以直接作为函数查找表的地址，方便硬件实现。
【专利附图】
【附图说明】[0029]图1是宽频带数控振荡信号生成的方法流程的逻辑框图；
[0030]图2是宽频带数控振荡器的结构框图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明示例性应用的详细描述，可以使本发明的设计方法被更好的理解。
[0032]图1是宽频带数控振荡信号生成的方法流程的逻辑框图。图2是宽频带数控振荡器的结构框图。如图2所示，根据本发明方法的实现的数控振荡器包括带截断的相位累加器部分地址截取转换器，存储抽取后的函数发生器部分，输出寄存器。
[0033]I)根据系统工作时钟频率fs = 256MHz和系统要求的数控振荡器的频率分辨率Af= 1Hz，根据下式求出理论上满足频率分辨率要求的函数查找表的长度L1 =L1 = fs/Af=256 X 106，大约需要28位二进制数表示，需要很大的硬件存储空间。然后生成L1长度的
正弦函数序列 X1 (η)，即
【权利要求】
1.一种宽频带数控振荡信号生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: .1)根据下式求出理论上满足频率分辨率要求的函数查找表的长度L1:
【文档编号】H03L7/099GK103427837SQ201310380156
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】孟桥, 于泉涛, 陈从颜, 平劲松, 朱磊, 鞠庆 申请人:东南大学