基于nco的调制信号在fpga中的实现

基于nco的调制信号在fpga中的实现

1正交传输模块控制振动器（rco）产生的时间色散和振幅色散信号，通常用于通信系统中的i-q混合功率发生器，也通常用于数字锁的环中，用于通信接收机中的波速。NCO还可作为频移键控（FSK）或相移键控（PSK）调制器，此时输出信号的频率或相位变化直接与输入数据相对应。在模拟调制中，利用NCO可以直接产生调频信号（FM），但要产生调幅信号（AM）则要进行一定的处理。2坐标系旋转数字计算cordic方法产生数字正弦信号的方法有许多种。通用的方法是在单位圆上累加相位增量产生角度位置，然后用累加相位值作为ROM查找表的地址，完成从极坐标到笛卡尔坐标的转换。可以使用乘法器减少ROM的容量，对于给定的精度，乘法器的使用可以指数降低存储器的使用量，但是需要更多的逻辑单元（LE）。产生数字正弦信号的另一个方法是使用坐标旋转数字计算（CORDIC）算法确定正弦和余弦的值，CORDIC算法用累加相位值作为输入，然后通过一系列二进制移位和比较确定对应角度的笛卡尔坐标。在所有的方法中，相位增量累加的频率和输入相位增量的大小直接决定正弦信号的频率，而输出信号的值用二进制补码表示。NCO生成的正弦信号用下列公式定义：其中：T是时钟周期，f0是由相位增量输入值фINC决定的未调制输出频率，fFM是由频率调制输入值фFM决定的频率调制参数，фPM是相位调制输入值，фDITH是内部抖动相位值，A=2N-1,N是幅值精度。对于给定的相位增量фINC，输出频率f0由下列公式决定：其中：fclk是时钟频率，M是相位累加器精度。当фINC=1时输出频率最小，这是NCO输出的最小可观测频率，亦称NCO的频率分辨率。NCO有三个基本参数：相位累加器精度（M）、角度精度和幅值精度（N），角度精度是极坐标到笛卡尔坐标转换前的相位角精度。3调幅信号am的产生原理利用NCO可以产生调频信号（FM）、频移键控信号（FSK）、相移键控信号（PSK）、调幅信号（AM）和幅度键控信号（ASK）等多种调制信号，载波频率由фINC、fclk和M决定。调频信号（FM）、频移键控信号（FSK）和相移键控信号（PSK）可由NCO直接产生。对于调频信号（FM），只要将调制信号作为频率调制输入фFM即可，改变调制信号的幅度可以改变调频信号的频率偏移量。对于频移键控信号（FSK）和相移键控信号（PSK），只要将数据信号经过处理后分别加在频率调制输入端фFM和相位调制输入端фPM即可，对数据信号进行处理是为了达到输出键控信号的要求。调幅信号（AM）的产生原理如图1所示。NCO1产生的双极性低频调制信号首先通过调幅度控制改变调制信号的幅度，然后通过电平控制1将双极性调制信号转换成单极性信号。如果不对调制信号进行极性转换，得到的将不是常规调幅信号（AM），而是抑制载波双边带调幅信号（DSB-SC）。经过转换的单极性调制信号与NCO0产生的双极性高频载波信号相乘实现调幅。电平控制2的作用是将双极性的调幅信号也转换成单极性信号，以便用高速数模转换（DAC）电路输出调幅信号。利用调幅信号产生电路可以很容易地实现幅度键控信号（ASK）的产生，只要将数字信号直接与载波信号相乘即可。4nco的设计下面以调幅信号（AM）为例介绍调制信号在FP-GA中的实现，实现电路如图2所示。图中两个NCO的相位累加器精度为32位，角度精度为16位，幅值精度为10位，时钟频率fclk=50MHz，载波信号的输入相位增量设为171800000，载波信号频率为2MHz，调制信号的输入相位增量设为171800，调制信号频率为2kHz。NCO的参数设置如图3所示。NCO有四种结构：SmallROM（小ROM）、LargeROM（大ROM）、CORDIC（坐标旋转数字计算）和Multiplier-Based（乘法器），四种结构的性能如表1所示。可以看出：不同结构的NCO性能不同，其中小ROM结构的性能稍差，大ROM和乘法器结构的性能相近，CORDIC结构的性能最好，最高频率高达385MHz。调幅信号的FPGA实现电路中，乘法器inst6实现调制信号的幅度控制，输出结果取20位乘积的高10位；加法器inst8实现调制信号的极性转换，由于调制乘法器inst5是有符号运算，为了防止乘积溢出造成输出结果错误，inst8的常数输入项为256，而不是512。调制乘法器inst5的输出结果也取20位乘积的高10位，经加法器inst7实现调幅信号的极性转换后输出到外部10位高速DAC输出调幅信号。不同调幅度的调幅信号波形如图4所示。在此基础上，可以利用基于FPGA的嵌入式处理器软核NIOSII对调幅信号的载波信号频率、调制信号频率和调幅度进行控制，电路框图如图5所示。5生各种调制信号用FPGA实现的NCO具有设计灵活、精确度高、频率高和稳定性好等优点，可以产生各种调制信号，广泛