DSP系统需要产生正弦波形或其他周期性波形。用于生成这些波形的一种方法主要涉及“NCO（数控振荡器）”，其中使用数字累加器将地址生成正弦LUT（查找表）该系统在软件和硬件方面都很常见。因此，它允许在生成的波形的瞬时频率/相位内立即改变，同时在输出内保持恒定的相位特性。一旦它与DAC结合以生成模拟o/p波形，那么该系统就被称为DDS或直接数字合成器。因此，本文讨论了数控振荡器或NCO–处理应用程序。


什么是数控振荡器？

数控振荡器是一种数字信号发生器，它产生同步、离散时间和离散值波形，这些波形通常是正弦的，其中信号的频率或相位在设计中受到控制。这些振荡器经常在输出端与DAC（数模转换器）组合，以形成直接DDS或数字合成器。NCO在准确性、灵活性、可靠性和稳定性方面比其他类型的振荡器有很多优势。因此，D类音频放大器、音调发生器、照明控制、荧光镇流器和无线电调谐电路都受益于NCO。数控振荡器用于各种通信系统，如雷达系统、数字PLL、无线电系统、驱动器多级PSK/FSK调制器或解调器等。

特征

数控振荡器的特点包括以下几个方面。

输出频率

NCO产生的输出频率很高，这主要取决于比特数。例如；一个20位的大小可以产生高达32MHZ的频率，然而，一个16位的大小只能产生500KHz的频率。

灵活的输出

NCO的输出可以设置为稳定的占空比，否则设置为脉冲频率形式。

适用于低功耗睡眠

数控振荡器可以在睡眠模式下运行，并且独立于CPU。

几个时钟源

数控振荡器可以使用多种内部和外部时钟源。

N位定时器/计数器功能

数控振荡器也可以像通用的20位定时器/计数器一样在新的工作模式中使用。

NCO振荡器体系结构

数字控制振荡器结构如下所示。该架构包括两个主要部分PA（相位累加器）和PAC（相位-幅度转换器）。

ding="async" class="wp-image-43725 size-full" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230518/Numerically-Controlled-Oscillator-Architecture.jpg" alt="Numerically Controlled Oscillator Architecture" width="527" height="185" sizes="(max-width: 527px) 100vw, 527px">
数控振荡器结构

相位累加器在每个CLK采样时将频率控制值加到保持在其输出端的值上。相位-振幅转换器提供具有相位累加器的输出字的匹配振幅样本，如同到信号查找表的索引。有时，插值与LUT结合使用，以提高精度并降低相位的误差噪声。在数控振荡器软件中，可以使用幂级数等数学程序将相位转换为振幅。

一旦计时，PA或相位累加器只需创建一个模2^N锯齿信号，然后通过PAC（相位到振幅转换器）将其改变为采样正弦曲线。这里的‘N’是相位累加器中的进位位数。

像“N”这样的进位位数设置了振荡器的频率分辨率&与描述PAC查找表的内存空间的位数相比，通常要高得多。

如果相位-幅度转换器的容量为2^M，则相位累加器的输出字应减少到M位，如上图所示。但是，这些位用于插值。相位输出字的减少不会改变频率的准确性，但它会产生时变的周期性相位误差，这是杂散产物的主要来源。

相对于CLK频率的频率精度仅受到用于计算相位的数学精度的限制。因为数控振荡器是相位和频率感知的，并且可以稍微修改以通过在合适的节点求和来生成频率调制或相位调制输出，否则会给出正交输出。

数控振荡器是如何工作的？

NCO模块使用累加器的溢出来生成输出信号。因此，累加器的溢出通过可修改的增量值而不是仅通过单个CLK信号来控制。与简单的定时器驱动计数器相比，这提供了一个好处，即分频程度不会因有限的预分频器或后分频器分频器值而改变。数控振荡器在需要固定占空比下的频率精度和优异分辨率的应用中非常有用。

NCO Working
NCO工作

数控振荡器只是通过频繁地向累加器添加一个固定值来工作。因此，加法将以输入CLK速率发生。有时，累加器会通过进位溢出，进位是原始NCO的输出。这通过所包括的值与累加器的最高值的比率有效地减小了输入CLK。

此外，可以通过简单地拉伸脉冲来修改NCO的输出。之后，NCO的修改输出在内部分配给其他外围设备，并可选地输出到输入/输出引脚。蓄能器的溢出也可能产生中断。

NCO周期以单独的步骤改变，以生成平均频率。因此，该输出主要取决于接收电路对NCO输出进行平均以降低不确定性的能力。
NCO模块的溢出主要取决于以下公式
累加器溢出率=累加器的溢出值/输入CLK频率+增量值。

什么是相位累加器？

它是一个模N计数器，包括2^N数字条件，对于系统的每个时钟输入信号，这些条件都会增加。增量大小主要取决于调谐字值，并且M被施加到累加器的加法器级。调整字只是固定步长中的计数器增量。

NCO振荡器的优势

数控振荡器的优点包括以下几点。

  • 与其他振荡器类型相比，数控振荡器在稳定性、准确性和可靠性方面提供了许多好处。
  • 这些振荡器具有灵活的架构，因此它们很容易实现可编程性，如飞行频率或相位。
  • 与其他类型的振荡器相比，数控振荡器在灵活性、准确性、稳定性和可靠性方面具有几个优势。
  • NCO的优势使设计师能够更快地设计电路板，降低功耗，节省板上房地产空间并降低成本。

NCO振荡器的用途

数控振荡器的应用包括以下几个方面。

  • 数控振荡器适用于需要高频精度、线性频率控制和固定占空比下的优异分辨率的情况，如镇流器和照明控制、谐振电源和音调发生器。
  • NCO是一种普通的数字电路，用于广泛的时序应用，如速率转换、频率合成和CLK生成。
  • NCO主要用于片上主信号的生成，如SoC中的正弦、余弦、LFM或线性调频、高斯信号。
  • NCO模块是一个计时器，通过使用累加器的溢出来生成输出信号。
  • 这些在无线电调谐电路、控制照明、荧光镇流器、音调发生器和D类音频放大器的应用中非常重要。
  • 这些通常与o/p处的DAC结合使用，以设计DDS（直接数字合成器）。
  • 这是一个数字频率发生器，用于清理振荡器的有噪声的i/p信号。
    这是一种线性频率可编程发生器，用于产生高达32 MHz的频率。

因此，这一切都是关于正常控制振荡器的概述，该振荡器通过简单地在每个输入时钟信号的上升沿上包括对内部累加器的增量来工作。因此，NCO的输出频率与累加器溢出的周期数成比例。这里有一个问题要问你，什么是振荡器？