数控振荡器（NCO）

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在数字信号处理领域，数控振荡常被用于DDC（数字下变频）和DUC（数字下变频）中产生所需频率信号。关于DDC和DUC的部分后面再整理（也可参考该网址：数字下变频（DDC）和数字上变频（DUC）_ddc duc-CSDN博客），下面主要从以下几个方面整理笔记：

1 模块结构

NCO在DDC或者DUC中的位置如下图所示，用于产生所需频率信号，然后再通过滤波器选择最终所需的频率信号，如果滤波器为低通滤波器，则对应的DDC，如果滤波器为高通滤波器，则对应的DUC：

关于NCO的结构主要包括相位累加器和正弦波存储ROM，其框图如下紫色框所示，黄色框为相位累加器，红色为存储正弦波形数据。

2 实现原理

先说结论：生成的特定频率信号为上图中的y信号，该y信号的频率为f1，f1和系统频率f0、频率控制字M以及DFF的位宽N bit之间的关系如下：

ROM里存储的是正弦波一个周期的数值，其存放地址对应的数值是和相位值相符的正弦波值，比如0地址存放的是相位为0的正弦波值。而ROM存放的数据个数由DFF的数据位宽N决定，即DFF的输出数据即是ROM的地址（这里考虑的是存储的整个正弦波周期的数据，一个地址存储一个正弦波数据，未考虑数据的对称性等因素）。

频率控制字M是一个可配置的参数，它的位宽为N bit，具体配置参数可根据系统时钟和所需输出信号频率决定。M决定了相位累加器的步进值，即一个周期对应相位，被分成了份，如果，则相位累加器的步进值为，即对应一个ROM的地址空间。如果，则相位累加器的步进值为，即ROM的地址空间每次增加2.

输出信号y的频率f1的理解：系统时钟为T0，若，则需要个系统时钟周期y才能完成一个周期；如果，则需要个系统时钟周期y才能完成一个周期，即，即。

3 其他关注点

NCO的工作原理捋清楚后，剩下的就是具体的硬件设计。设计时需要从芯片的PPA（performance、power、area）三个方面考虑。在NCO的设计中主要考虑的点需要从功耗（power）和面积（area）出发，下面列出三个点：

（1）ROM的设计

由于正弦波在四个现象具有对称性，所以在存储正弦波数值时可以不用把全周期的数值都存下，从功耗和面积考虑，只需存下半个周期或者甚至四分之一个周期的数值。

（2）频率字M的设计

频率控制字M是由寄存器配置好的，因此从功耗考虑，可以采用clock_gate将不需要配置时把时钟关掉。

4 参考资料

mt-085_cn.pdf (analog.com)

数控振荡器原理及实现-原理 – Vinson88 – 博客园 (cnblogs.com)

通信原理及系统系列37——FPGA实现NCO原理分析-CSDN博客

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