VCO vs. NCO:你应该使用哪种合成器?
该模拟合成器包含多个VCO和NCO电路。
我还记得10岁那年圣诞节收到的合成器。我花了几个小时的时间摆弄不同的设置，试图理解为什么转动一个简单的旋钮会产生如此广泛的声音。当时我并不知道，一些基本的振荡器电路负责产生这种音调，而这些频率合成方法已经在通信系统、调制器、混频器和其他重要应用中找到了一席之地。
在VCO和NCO之间的选择取决于您试图实现的振荡类型以及您使用的输入。在任何一种情况下，目标是创建一个高度稳定的波形用于各种模拟应用。
VCO和NCO的区别是什么?
从最简单的意义上讲，这两种电路都是同一设备的模拟和数字版本。压控振荡器是一种模拟频率发生器，其输出频率可以通过选择电路中的无源值来调节。vco可以由运算放大器，变容二极管，晶体管或作为一个简易LC振荡器．vco可以输出方波、正弦波、锯齿波或经过一定信号调理后的其他波形。输出频率与输入处的直流幅值成正比。NCO从有噪声的输入振荡中产生高度稳定的离散振荡。在信号处理过程中需要稳定振荡的应用中，这是非常重要的。
压控振荡器
VCO的一个简单实现是使用一对带有RC电路的运算放大器，其中使用变容二极管而不是标准固定电容器。在变容二极管中，电容是二极管上压降的函数。这使得输出频率随输入电压的变化而变化。下面的电路中显示了一个例子，其中两个运算放大器与a一起使用场效应晶体管．在该电路中，当MOSFET切换时，第一运放的输出在正电压和负电压之间切换。MOSFET开关的速率取决于变容二极管电容充放电的速率。
示例:带两个运算放大器的VCO电路
在这里，您可以访问两个可能的输出;一个三角波(输出1)和一个方波(输出2)。在这个电路中，第二个运放起施密特触发器的作用，它把三角波转换成方波。的施密特触发器中的滞回(占空比)通过为R6和R7选择合适的值来选择。注意，在上面的电路中，VCO也可以实现为Colpitts或Clapp振荡器，或LC振荡器，这将产生正弦输出。
数控振荡器
NCO是一种数字频率发生器，可用于清除有噪声的输入振荡器信号。一个微控制器或FPGA用于测量时钟脉冲上升沿的速度，并确定输入频率。然后使用查找表将其匹配到参考频率值，以及相应正弦波的离散值。输出是离散的正弦波，然后可以通过DAC生成非常精确的时钟频率。该装置可以有效地从低质量振荡器中获取有噪声的正弦信号，并在预期频率上产生振荡信号的干净版本。
当输出数字信号被发送到DAC时，截断导致在功率谱中期望的输出信号周围看到杂散边带频率。如下图所示。这是由于当数字化信号的时间分辨率太低时，输出会趋于平稳。当垂直(信号级量化)分辨率过低时，同样适用。你可以用一个非常窄(高阶)的带通滤波器平滑信号，中心频率等于所需的输出频率。
由于截断和量化，NCO输出中产生伪边带。
注意，一些NCO ic会产生三角形波和正弦波;然后用施密特触发器将三角波转换为方波。由NCO电路提供的RMS抖动可以达到1ps以下，使这些电路的输出成为一个非常稳定的参考正弦信号。该输出可用于调制/解调、数字锁相环时钟恢复，精密混频器，以及任何需要极其精确的时间测量的应用程序。一个很好的例子是激光雷达系统中的时间到数字转换，在测距测量中，微小的抖动会转化为巨大的误差。
压控晶体振荡器(VCXO)
相关的电路是VCXO，用于频率拉取。换句话说，这是用来校正从压电晶体输出的时钟信号的频率。通常，输出频率可以在大范围的输入电压值范围内调整~ 100ppm。当晶体被用作稳定的参考振荡器时，这种类型的调谐是必需的，它必须非常精确地匹配特定的频率。当晶体振荡器被用作其他振荡器电路时钟同步的系统时钟时(即在锁相环中)，这也是很重要的。
VCO和NCO电路和系统建模
在设计VCO或NCO时，您应该进行一些重要的分析。由于NCO是根据软件而不是硬件定义的，所涉及的模拟需要在特定应用程序中模拟所需的正弦信号。这意味着你可以简单地生成想要在电路中使用的正弦信号，并通过参数扫描改变电路，蒙特卡罗分析，或温度扫描。
压控振荡器设计的主要关注点是线性度。理想压控振荡器输出信号的频率是输入电压的线性函数。你应该通过运行检查输出频率是否确实是输入电压的线性函数直流扫描．最终，如果直流输入过高，运算放大器、MOSFET、变容二极管或VCO中的其他组件将饱和。这可能导致输出频率和振幅不再是输入电压的线性函数(见下图示例)。
VCO输出的线性范围示例
如果用于产生正弦信号，VCO的输出可能会有一定程度的谐波失真，您应该使用FFT或查看功率谱来检查VCO的输出。谐波扭曲表现在频域作为谐波产生，其中期望输出频率的整数倍由压控振荡器中的非线性分量产生。
当您使用需要VCO和NCO的超精确定时和合成应用程序时，您可以在使用正确的方法时模拟每种类型的电路和整个系统PCB设计和分析软件．的仿真工具PSpice模拟器OrCAD和全套分析工具从节奏是分析VCO或NCO电路行为的理想选择。如果您想从离散组件在PCB布局中构建这些电路，您还可以访问制造商部件搜索工具，为您的系统准备源组件。
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