基于Simulink的數(shù)控振蕩器性能仿真研究
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提高LUTs輸出分辨率對正弦波樣點(diǎn)的幅度值量化影響小，但需要更多的LUTs存儲器。如LUTs輸出分辨率增加1位，由L位增加L+1位，LUTs所需的存儲容量擴(kuò)大2n。
可見，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要達(dá)到無相位截?cái)啵瑒t需要LUT的字長非常長，占用資源非常大，導(dǎo)致NCOs的成本很高，而這在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中是不可行的。
2.3相位加抖提高SFDR
通過以上的仿真研究可看出，雖然可以通過增加整數(shù)位和提高LUTs輸出分辨率的方法來提高SFDR，但因它們要占用大量的資源，因而不是經(jīng)濟(jì)有效的方法。為有效解決雜波問題，必須考慮其他有效的方法。目前的主要技術(shù)手段有：
幅度加抖(Amplitude Dithering)：在LUT的輸出中加入低水平的噪聲，以打散原有幅度值量化的噪聲結(jié)構(gòu)。
相位加抖(Phase Dithering)：在累加器的輸出中加入低水平的噪聲，以打散原有相位截?cái)嗟脑肼暯Y(jié)構(gòu)。
帶通濾波(Bandpass Filtering)：在振蕩器輸出端加濾波器濾出毛刺頻率。但該方法很難濾出靠近中心頻率的雜波。
以上的仿真已經(jīng)證明，相位截?cái)鄬FDR的影響量是最大的，是提高SFDR的首選方法。
相位加抖的數(shù)學(xué)模型如圖5所示。在LUTs地址字截?cái)嘀?，在累加器的輸出中加入低水平的偽隨機(jī)噪聲(A Low-level of Pseudo Random Noise)，其中抖動(dòng)的位數(shù)d是可變的。
抖動(dòng)(Dither)可以通過線性反饋移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)來實(shí)現(xiàn)，見圖6。LFSR有帶M個(gè)抽頭的移位寄存器，抽頭反饋通常由或門構(gòu)成，以產(chǎn)生一個(gè)周期為2M-1的序列。因此，長偽隨機(jī)噪聲序列(Long Pseudo Random Noise Sequences)可以用很少的硬件資源實(shí)現(xiàn)。例如，一個(gè)由12個(gè)元件構(gòu)成的LFSR能夠生成周期為4 095的PN序列。LFSR可以由M個(gè)D觸發(fā)器和很少的組合器件構(gòu)成。
來自某位的抽頭，可以組合為一個(gè)矢量生成該位的抖動(dòng)。實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采用較長的移位寄存器。移位寄存器越長，則輸出的抖動(dòng)越接近隨機(jī)的性質(zhì)。
下面分析相位加抖數(shù)據(jù)位數(shù)d對SFDR的影響。圖7～圖9分別為d=b-3，b+3，b三種情況的仿真波形，其中b為累加器控制字小數(shù)部分的位數(shù)。
加抖位數(shù)d=6-3時(shí)，僅對整數(shù)位產(chǎn)生0～1／8的影響。此時(shí)將SFDR提高了1 dB?？梢?，增加過少位數(shù)的抖動(dòng)，僅對相位的截?cái)嘤泻苄〉挠绊?，對改變雜波極為有限。
加抖位數(shù)d=b+3時(shí)，可以對整數(shù)位產(chǎn)生0～8的影響。此時(shí)將SFDR提高了9 dB。但同時(shí)可以看到，由于增加抖動(dòng)的位數(shù)過多，雖然消除了雜波，但同時(shí)也提高了整個(gè)頻譜的噪聲電平。
加抖位數(shù)d=b時(shí)，可以對整個(gè)整數(shù)位產(chǎn)生0～1影響。此時(shí)將SFDR提高到106 dB。同時(shí)可以看到，由于增加抖動(dòng)的位數(shù)恰當(dāng)，既消除了雜波，又提高了整個(gè)頻譜的噪聲電平。
在用FPGA實(shí)現(xiàn)NCOs時(shí)，通過相位加噪可以提高整個(gè)輸出頻率的SFDR性能。但從圖3，圖6比較可以看出，在整個(gè)電路中串入了加法器，且關(guān)鍵路徑包含了兩個(gè)部分Dithering和NCOs的加法器，因而限制了整個(gè)設(shè)計(jì)的最大時(shí)鐘頻率。
3結(jié) 語
NCOs在數(shù)字通訊中起著非常重要的作用，在FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)，它可以由一個(gè)累加器和一個(gè)輸出頻率由步長定義的正弦波查找表的數(shù)字硬件構(gòu)成。SFDR是表明合成正弦波譜純度性能的參數(shù)。仿真證明，在NCOs累加器輸出的相位中加入抖動(dòng)，以提高SFDR性能，是一種簡單有效、低成本的方法。
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