基于Simulink的数控振荡器性能仿真研究

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基于Simulink的数控振荡器性能仿真研究

作者：王建军

来源：《现代电子技术》2010年第03期

摘 要:在FPGA中用查找表技术实现数控振荡器是软件无线电研究的重要内容。累加器步长、累加器控制字等参数决定NCOs的性能,频谱纯度是衡量NCOs的关键指标。借助Simulink仿真平台分析得出相位截断对频谱纯度的影响远大于幅度值的量化。提出相位加抖技术及三种实现提高无杂散动态范围的方法。由仿真分析看出,通过恰当的相位加抖可以极大地提高SFDR。

关键词:数控振荡器;相位截断;查找表;相位加抖;无杂散动态范围 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)03-102-03

Simulation and Study of Numerically Controlled Oscillators Performance Based on Simulink WANG Jianjun

(Sichuan TOP Vocational College of Information Technology,Chengdu,611743,China)

Abstract:Designing Numerically Controlled Oscillators(NCOs) of Lookup Tables(LUTs) in FPGA is important issues of software radio.Performance of accumulator is decided by step size and word length,spectrum purity is the key design parameter.The phase truncation impacting on the

spectrum purity of NCOs is more than amplitude quantization in Simulink workbench.Phase-dithering is put forward to improve the Spurious Free Dynamic Range(SFDR) of NCOs′ output.The conclusion is derived from simulation :phase-dithering is a favoured method of increasing the SFDR performance. Keywords:NCO;phase truncation;LUT;phase dithering;SFDR 0 引 言

数控振荡器(Numerically Controlled Oscillators,NCOs)是软件无线电的重要组成部分和研究内容,它广泛应用于DSP中,如通信领域的信号调制解调,蜂窝电话、基站、雷达系统、数字电视、GPS和无线LAN等。

NCOs可以通过各种方式实现[1,2]:无限冲击响应滤波器(IIR filters),坐标旋转(CORDIC rotations),查找表技术(Lookup Tables,LUTs)。本文在Simulink软件平台仿真LUTs技术实现NCOs时,累加器步长、累加器控制字等参数对NCOs性能的影响。重点讨论NCOs的频谱纯度

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问题,即如何抑制杂波分量,影响频谱纯度的因素以及如何提高无杂散动态范围(Spurious Free Dynamic Range,SFDR)。 1 NCOs的工作原理[3]

NCOs主要包括一个正弦波样点查找表(LUTs)和一个产生地址的累加器[4,5],如图1所示。 图1 数控振荡器(NCOs)结构原理图 图1中

为累加器产生的地址位数,则

有

个输入。

的输出分辨

率/精度为L位(该参数与n有关),其工作原理见图2。 图2 NCOs工作原理图

由图2可以看出,累加器产生地址码,循环从LUTs地址中取数正弦波的样点数据,其取数的速率越快,即步长 设步长参数 (1) 式中率。

。如果

为

的样点数据总量

为系统采样频率

为期望的正弦波的频

越大,则产生的正弦波频率越高[5,6]。 由式(1)决定:

例如,累加器地址数据线宽度为8 b,则对应的LUTs的数据样点数为采样频率为10 MHz,期望频率为2.5 MHz,则步长为: μ=256×2.510=64

2 提高NCOs的无杂散动态范围[7]

SFDR是无线系统设计中需要考虑的重要参数。如果振荡器产生的信号包含过多的杂波(Spurs)频率,这些干扰成分会使信号混频的质量变差,特别是当杂波频率接近中心频率时,在后续的电路中很难去除。

2.1 相位截断对频谱纯度的影响[8,9]

当LUT输出正弦波样点数据时,只有整数部分可以用于输出,而小数部分则被忽略,这导致输出相位部分有截断。相位截断(Phase Truncation)的情况决定了产生的正弦波的纯度。如:当采样频率为100 kHz时,NCOs输出的期望频率为

其NCOs设置参数见表1。从表1中