基于Taylor級數近似補償的改進(jìn)數控振蕩器實(shí)現

　　引言

　　數字控制振蕩器 (NCO) 在軟件無(wú)線(xiàn)電(SDR)通信系統中具有重要的作用，是軟件無(wú)線(xiàn)電數字變頻技術(shù)的必要組成部分，它的性能很大程度上決定著(zhù)數字變頻模塊性能以及載波同步模塊的同步效果。在軟件無(wú)線(xiàn)電通信中，信號的處理往往都集中在離散數字域內進(jìn)行，數據的傳輸速率和信號的質(zhì)量都要非常高，這樣就要求數字控制振蕩器必須具有頻率分辨率高、頻率轉換速度快、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍值(SFDR)高、頻譜純度高和生成的正、余弦信號保持良好的正交特性等特點(diǎn)。

　　數控振蕩器主要由相位累加器、量化器、相位幅度轉換電路等部分組成。相位累加器將相位按頻率控制字的步長(cháng)累加，累加結果與初始相位(即相位偏移)的和作為量化器的輸入，量化器截取前M bits作為相位幅度轉換電路的輸入，最后，相位幅度轉換電路根據相位值輸出對應的正弦或余弦值。本文通過(guò)對傳統CORDIC算法實(shí)現數控振蕩器存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出一種適用于軟件無(wú)線(xiàn)電通信系統的數控振蕩器實(shí)現新方法。該方法利用二階泰勒(Taylor)級數近似和殘余相角補償的方法來(lái)解決CORDIC算法實(shí)現時(shí)的精度不夠的缺陷，提高了數控振蕩器的輸出信號頻譜的純度;整個(gè)設計采用流水線(xiàn)結構從而可以保證系統的高速度，滿(mǎn)足軟件無(wú)線(xiàn)電系統的高速數據處理的要求;在相位累加器部分加入相角抖動(dòng)模塊來(lái)改善角度周期性截斷誤差所引起的雜散，進(jìn)一步提高數控振蕩器的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)值。

　　傳統CORDIC算法實(shí)現

　　CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法是由J.Voider等人在1959年提出的[1]，它是基于向量旋轉的算法，通過(guò)迭代方法實(shí)現對任意角度的向量旋轉，這些迭代只需使用簡(jiǎn)單的移位和加減法操作，所有三角函數都可以通過(guò)向量旋轉函數進(jìn)行計算。CORDIC算法的基本迭代算式為：

　　用CORDIC算法實(shí)現數控振蕩器存在精度不高的問(wèn)題，它的雜散源主要有以下幾部分：由于算法采用的算術(shù)精度有限對最終結果造成的誤差，這部分誤差是由尾數舍棄帶來(lái)的截斷誤差，這部分誤差是引起雜散的一個(gè)原因;N次旋轉所得的累加角度與目標角度之間的殘余相角誤差所引起雜散;由于CORDIC算法的迭代級數有限，旋轉產(chǎn)生的角度誤差為周期信號，周期性誤差同樣會(huì )引起雜散。

　　由于傳統CORDIC算法實(shí)現數控振蕩器存在著(zhù)不足，故本文在傳統CORDIC算法的基礎上，提出采用Taylor級數補償CORDIC算法的改進(jìn)數控振蕩器實(shí)現方法。