FPGA与SRAM协作下的高精度数控振荡器设计详解

本文主要探讨了基于FPGA（现场可编程逻辑门阵列）和SRAM（静态随机存储器）的数控振荡器的设计与实现。数控振荡器在数字通信中的作用至关重要，它是调制解调器的关键组成部分，也是数字频率合成器和数字信号发生器的核心。随着数字化通信需求的提升，对于数据传输的精度和速率提出了更高要求，如何获得可控制的高精度高频载波信号成为了构建高速数字通信系统的关键挑战。 传统的数控振荡器实现方法包括计算法和查表法。计算法虽然能够生成正弦波，但效率低且只能产生较低频率的信号，不适合高频信号的产生。相比之下，查表法更为实用，通过预先计算并存储各个相位对应的正弦值，通过相位累加实时获取所需频率的正弦波，性能受查找表深度和宽度的影响。 FPGA的优势在于其可编程性和灵活性，结合大容量SRAM，可以突破传统NCO（Numerical Controlled Oscillator，数控振荡器）中片内ROM存储限制，提供更深更宽的查找表，从而显著提升NCO的性能。作者利用Xilinx公司的XC2V1000型门阵列FPGA和Cypress公司的CY7C1021型存储器SRAM，设计了一种高效的NCO结构。整个系统包含频率控制字寄存器、相位控制字寄存器、累加器、加法器、通道选择器和锁存器等组件，这些部分由FPGA负责处理，同时由微处理器（如单片机或数字信号处理器DS）进行控制。 频率控制字寄存器和相位控制字寄存器用于设定振荡器的工作频率和初始相位，累加器和加法器则负责根据控制信号调整相位，通道选择器确保正确的信号路径，而锁存器用来保持当前的相位值。这种设计允许用户灵活调整振荡器的输出，以适应不同的通信需求，同时也提高了系统的精度和稳定性。 本文提供的是一种创新的解决方案，它利用FPGA的可编程能力与SRAM的大容量存储，克服了原有NCO在性能上的局限，为实现高性能、可控制的数字信号生成提供了新的途径，对于推动数字通信技术的发展具有重要意义。