基于FPGA的正交数控振荡器（NCO）的设计与实现

张阿宁，赵 萍

（西安邮电学院 电子工程学院，陕西 西安 710121）

随着数字通信技术的飞速发展，软件无线电[1]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（Numerical Controlled Oscillator）的设计至关重要；NCO的设计采用直接数字频率合成[2]（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[3]、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。

在软件无线电及通信领域，经常使用正交的数字信号；针对此类应用，本文给出了一种基于FPGA的正交NCO设计方法，可以实现正交的、连续相位、高性能、高精度、可重利用的数控振荡器，适合于多种应用场景的片上系统的设计。

1 NCO实现原理

直接数字频率合成（DDS）技术是一种全数字技术，同传统的频率合成技术相比，DDS技术具有多项优点：频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续、容易实现对输出信号的多种调制等。

DDS的原理框图如图1所示，其实质是以基准频率源（系统时钟）对相位进行等间隔的采样。由图1可见，DDS由相位累加器和波形存储器（ROM查询表）构成的数控振荡器（NCO）、数模转换器（DAC）以及低通滤波器（LPF）3 部分组成。……