Прямые цифровые синтезаторы частоты (DDS) появились на рынке изделий микроэлектроники в начале 90-х годов, и с тех пор их популярность неизменно возрастает. Это объясняется их уникальными свойствами, недоступными обычным синтезаторам частот косвенного синтеза. Диапазон перестройки такого синтезатора может быть непрерывным от долей Гц до десятков МГц, при этом точность установки частоты и шаг перестройки составляет сотые доли Гц, а скорость перестройки частоты измеряется наносекундами (и при этом нет разрыва фазы). Многие из имеющихся синтезаторов способны формировать квадратурные сигналы с высочайшей точностью сдвига фазы между ними во всем рабочем диапазоне, а также обеспечивают цифровую частотную и фазовую манипуляцию (возможен и линейный переход к следующему значению частоты или фазы), а также цифровую квадратурную амплитудную модуляцию.
Вместе с тем, таким синтезаторам свойственны все недостатки цифровых устройств обработки сигналов: шум квантования, наложение спектров цифрового сигнала, ограниченная верхняя рабочая частота и пр.
Рис.2.4.1.1.
Рассмотрим работу структуры DDS, показанную на рис.2.4.1.1. Такая структура (за исключением ЦАП) называется генератором с цифровым управлением (NCO). Выпускаются и микросхемы NCO, в состав которых не входит, по сравнению с DDS, только ЦАП.
Сердцем такой структуры является фазовый аккумулятор, в котором сумматор фазы каждый такт задающего генератора прибавляет к текущему значению фазы число, записанное в регистре приращения фазы. Полученное новое значение фазы сохраняется в регистре текущего значения фазы. Таким образом, фаза постоянно линейно возрастает. Разрядность аккумулятора фазы велика (например, 32 разряда), но конечна, поэтому периодически происходят его переполнения, в результате которых цифровое значение фазы обнуляется, как показано на рис.2.4.1.2. Текущее значение фазы из регистра подается к перекодировочной таблице синусов, которая из себя представляет обыкновенное ПЗУ. В таком ПЗУ значения фазы являются адресами ячеек, где записаны соответствующие каждой фазе мгновенные значения синусоиды. В результате на выходе перекодировочной таблицы появляются цифровые отсчеты мгновенных значений синусоиды, которые быстродействующий ЦАП превращает в колебание тока синусоидальной формы. Разумеется, на выходе такого ЦАП устанавливают фильтр, который выделяет синусоидальное колебание нужной частоты (основной частоты или одного из высокочастотных «образов»).
Рис.2.4.1.2.
Пусть в регистре приращения фазы записано число М, разрядность аккумулятора фазы равна n, а частота задающего генератора Fт. При этом очевидна формула, определяющая выходную частоту синтезатора:
Fвых = (М*Fт) / 2n.
Итак, шаг по частоте здесь равен Fт / 2n , что при n = 32 и тактовой частоте 50 МГц приводит к значению шага 0.01 Гц.
Наивысшая синтезируемая частота DDS обычно бывает равна 0.4Fт. Это обусловлено требованиями к фильтрации побочных продуктов синтеза («образов» сигнала). Для того, чтобы сменить рабочую частоту, необходимо только записать новое значение приращения фазы (оно имеет смысл кода частоты) в регистр приращения. Смена частоты произойдет с нового отсчета без разрыва фазы.
Необходимо отметить, что для адресации перекодировочной таблицы используются не все разряды аккумулятора фазы, а только часть старших (например, 12). Это не ведет к существенному ухудшению точности синтеза синусоиды, но уменьшает емкость перекодировочной таблицы. Разрядность кода фазы должна быть на 2-3 разряда больше разрядности ЦАП, т.к. дальнейшее увеличение разрядности не приводит к снижению шумов из-за эффекта квантования ЦАП. Разрядность ЦАП и определяет уровень побочных составляющих выходного сигнала DDS (см. спектр сигнала DDS на рис.2.4.1.3): Перейти на страницу: 1 2
Советуем почитать:
Разработка технологического процесса сборки автомобильного усилителя мощности Современное развитие технической электроники вызвало к жизни ряд областей науки, техники специфически электронного направления. В связи с этим техническая электроника классифицируется по ...
Разработка сети кампуса с возможностью выхода во внешнюю среду В рамках текущего проекта, фактически, требовалось разработать сеть кампуса, которая, однако, имеет выход во внешнюю среду. Сети кампуса объединяют множество сетей различных отделов одн ...
Домашние и офисные сети Home Lan - стандарты и оборудование (Home lan и интеллектуальный дом) Система "Умный дом": Нужна для облегчения управления домашним хозяйством, а также для расширения его возможностей. Предлагаемая система является самой передовой технологией ...