基于查找表的正弦波生成的研究_查找表法nco

本文原文为；《A Study on Look-up TableBased Sine Wave Generation》

Abstract

正弦波发生器广泛应用于通信、控制、生物医学电子和音乐合成等领域，基于查找表(LUT)的正弦波发生器由于其结构简单而成为一种常见的实现方式。此外，LUT是一种通用的功能逻辑器件，可以很好地适应可编程逻辑场景，这是因为它们与FPGA的多个方面交织在一起。本文旨在探讨LUT正弦波的实现，包括线性和三次插值的变化，特别是考虑到ROM大小变化的影响。文中还给出了与数字谐振器、CORDIC（坐标旋转数字计算机，Coordinate Rotation Digital Computer）等其他正弦波产生技术的比较，包括THD（Total Harmonic Distortion，总谐波失真)、SNR（SIGNAL NOISE RATIO，信噪比）、ENOB（信纳比）等与信号相关的元素，以及资源和功耗等硬件实现因素。这些源代码是用Verilog编写的，并且是为FPGA Spartan-3E开发板和Synopsis实施的，而无需考虑模拟重建。

1 Introduction

可测性测试和可测性设计(DFT)已经成为大多数电子设计的一个重要方面，而且考虑到现代封装技术涉及的结构复杂性。知识产权（IP）内核，混合技术和混合信号系统带来了许多挑战，这些挑战主导了测试以及开发时间和成本。在过去几十年的数字技术革命中传统的方法，如参数表征或特定于硬件的测试系统，远远不能提供自动测试设备(automatic testing equipment，ATE)和内建自测试( built in self testin，BIST)所达到的成本稳定效果。在考虑远程或现场监控解决方案的场景时，这一点尤其值得关注，因为远程或现场监控解决方案需要持续不断的自诊断和自校准策略。此外，现代设计中混合模拟和数字(MAD)信号集成的持续趋势催生了新的测试解决方案，以适应新的测试解决方案，特别是在时钟频率由于信号完整性问题而将模拟和数字信号推向同一领域的时代。
局部刺激产生是开发可行的BIST（内建自测试( built in self testin，BIST)）方案的强制性和关键性要求之一。像MAD-BIST这样的策略[1]，似乎是朝着正确方向迈出的一步，对任意波形发生器都有至关重要的作用。基于查找表(LUT)的正弦发生器具有许多优点，如简单、瞬时频率和跳相，这些优点与数字-模拟(DAC)策略相结合(例如Δ-∑调制器，提供了一种完整的数字信号产生解决方案）。LUT一直被用于解决数字系统中的各种问题，并且它们在现场可编程门阵列（FPGA）中的存在已广为人知。基于这样的原因，可以理解基于LUTS的正弦发生器、它们的问题和替代方案。
本文提出的工作旨在比较在不同计算算法中实现的查找表的行为性能。作为品质因数，评估了以下参数：THD、ENOB、SNR、FPGA资源消耗以及不同时钟频率下的ASIC面积和功耗。第二节描述了基于查找表的实现背后的原理和使用的内插策略。第三节给出了仿真和软件级实现的结果。第三节和第四节分别对所获得的数据和结论进行了讨论。

2 Look-up table method

在数字环境下，利用LUTS产生正弦波具有编程简单、速度快等优点，是一种广为人知的首选方法。直接查找表(DLUT)，或者有时被称为数控振荡器(NCO)或直接数字频率合成(DDFS)，基本上应用相位到幅度转换策略，其中预先计算的正弦/余弦波的系数存储在表中，并通过使用相位累加器来访问。存在多种可变压缩率的LUT方法，其中一些已在[2][3]中进行了解释。当没有应用压缩时，对于整个波周期࿰