基于Simulink的数控振荡器性能仿真研究

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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：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(SpuriousFree Dynamic Range，SFDR)。

1 NCOs的工作原理

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，如图1所示。

图1中n为累加器产生的地址位数，则LUTs有N=2n个输入。LUTs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。

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，

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即步长μ越大，则产生的正弦波频率越高。

设步长参数μ由式(1)决定：

式中：N为LUTs的样点数据总量；fs为系统采样频率；fd为期望的正弦波的频率。

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N=2n=256。如果采样频率为10 MHz，期望频率为 MHz，则步长为：

2 提高NCOs的无杂散动态范围

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。

相位截断对频谱纯度的影响

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 kHz，其NCOs设置参数见表1。从表1中可以看出，LUTs的分辨率为32 b，则可以忽略幅度值量化的影响，而杂波主要是由相位截断产生的。

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幅度值量化对频谱纯度的影响

将LUT的深度增大为12 b(4 096)，则可以忽略相位舍去对频谱纯度的影响，而杂波主要由幅度值的量化(Amplitude Quantization)产生。同样，当采样频率为100 kHz时，NCOs输出的期望频率 kHz，NCOs设置参数见表2。

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