Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с цифрового синтезатора Direct )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Генератор функций DDS .

Прямой цифровой синтез ( DDS ) - это метод, используемый синтезаторами частот для создания сигналов произвольной формы из одного эталонного тактового сигнала с фиксированной частотой. DDS используется в таких приложениях, как генерация сигналов , гетеродины в системах связи, генераторы функций , микшеры, модуляторы , [1] синтезаторы звука, а также как часть цифрового контура фазовой автоподстройки частоты . [2]

Обзор [ править ]

Рисунок 1 - Блок-схема прямого цифрового синтезатора

Основной прямой цифровой синтезатор состоит из опорной частоты (часто кристалл или ПАВ осциллятора), A с числовым программным управлением осциллятора (NCO) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) [5] , как показано на рисунке 1.

Опорный генератор обеспечивает стабильную временную развертку для системы и определяет точность частоты DDS. Он обеспечивает синхронизацию для NCO , который производит на своем выходе дискретную квантованную версию желаемой формы выходного сигнала (часто синусоиды ), период которой контролируется цифровым словом, содержащимся в регистре управления частотой . Пробы, цифровой сигнал преобразуется в аналоговый колебательный сигнал посредством ЦАП . Фильтр восстановления выходного сигнала отклоняет спектральные реплики, создаваемые удержанием нулевого порядка, присущим процессу аналогового преобразования.

Производительность [ править ]

DDS имеет много преимуществ по сравнению со своим аналоговым аналогом, контуром фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), включая гораздо лучшую перестройку частоты, улучшенный фазовый шум и точное управление выходной фазой при переключениях частоты. К недостаткам относятся паразитные отклики, в основном из-за эффектов усечения в NCO , пересекающиеся шпоры, возникающие из-за изображений Найквиста высокого порядка (> 1), и более высокий минимальный уровень шума при больших смещениях частоты, в основном из-за цифро-аналогового преобразователя . [6]

Поскольку ДДС является выборкой системы , в дополнении к желаемой форме волне на выходной частоте F из , Найквист изображение также генерируется (первичное изображение на F CLK -F из , где Р CLK частоты опорной тактовой). Чтобы отклонить эти нежелательные изображения, DDS обычно используется в сочетании с фильтром нижних частот аналоговой реконструкции, как показано на рисунке 1. [7]

Частотная гибкость [ править ]

Выходная частота DDS определяется значением, хранящимся в регистре управления частотой (FCR) (см. Рисунок 1), который, в свою очередь, управляет размером шага сумматора фазы NCO . Поскольку NCO работает в области дискретного времени, он мгновенно изменяет частоту на фронте тактового сигнала, совпадающем с изменением значения, хранящегося в FCR. Время установления выходной частоты DDS определяется главным образом фазовой характеристикой фильтра восстановления. Идеальный фильтр реконструкции с линейной фазовой характеристикой (то есть выход представляет собой просто задержанную версию входного сигнала) обеспечит мгновенную частотную характеристику на своем выходе, потому что линейная система не может создавать частоты, отсутствующие на ее входе. [8]

Фазовый шум и джиттер [ править ]

Превосходные характеристики фазового шума DDS при близком расположении происходят из-за того, что это система с прямой связью. В традиционной фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), то делитель частоты в цепи обратной связи действует для умножения фазового шума опорного генератора и, в пределах полосы пропускания контура ФАПЧ, поражает этот избыточный шум на выходе ГУН. СОД, с другой стороны, уменьшает фазовый шум опорных тактового отношения , поскольку его выход происходят путем фракционного разделения часов. Джиттер эталонных часов транслируется непосредственно на выход, но этот джиттер составляет меньший процент от периода вывода (в соответствии с соотношением, указанным выше). Поскольку максимальная выходная частота ограничена, Фазовый шум на выходе в близком смещения всегда по крайней мере на 6 дБ ниже опорного тактового фазового шума. [6]

При смещениях, удаленных от несущей, минимальный уровень фазового шума DDS определяется суммой мощности минимального уровня шума квантования DAC и минимального уровня фазового шума опорных тактовых импульсов.

См. Также [ править ]

  • Генератор с числовым программным управлением
  • Цифро-аналоговый преобразователь
  • Реконструкция фильтра
  • Кварцевый генератор
  • Синтез поиска по таблице
    • Синтез множественных волновых таблиц
  • Цифровой синтезатор

Ссылки [ править ]

  1. ^ «DDS контролирует формы сигналов в тестах, измерениях и коммуникациях» . Корпорация аналоговых устройств .
  2. ↑ Пол Керн (июль 2007 г.). «Прямой цифровой синтез позволяет использовать цифровые системы ФАПЧ» (PDF) . RFDesign.
  3. ^ "Осциллятор с числовым программным управлением" . Решетчатая полупроводниковая корпорация. 2009 г.
  4. ^ Джейн Радац, Стандартный словарь терминов по электротехнике и электронике IEEE, Управление стандартов IEEE, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1997
  5. ^ В то время как некоторые авторы используют термины DDS и NCO как синонимы, [3] по соглашению NCO относится к цифровой (то есть с дискретным временем, дискретной амплитудой) частью DDS [4]
  6. ^ a b «Одночиповый прямой цифровой синтез против аналоговой ФАПЧ» . Корпорация аналоговых устройств .
  7. ^ Kroupa, Venceslav F., Прямые цифровые синтезаторы частоты , IEEE Press, 1999, ISBN 0-7803-3438-8 
  8. Перейти ↑ Chen, CT (1970). Введение в теорию линейных систем . Holt, Rinehart and Winston, Inc. ISBN 978-0-03-077155-2.

Внешние ссылки и дальнейшее чтение [ править ]

  • Учебное пособие по синтезу цифровых сигналов (от аналоговых устройств )
  • Л. Кордессес, «Прямой цифровой синтез: инструмент для генерации периодических волн (часть 1)», журнал IEEE Signal Processing, колонка «Советы и хитрости DSP» , стр. 50–54, Vol. 21, No. 4 июля 2004 г.
  • Л. Кордессес, Прямой цифровой синтез: инструмент для генерации периодических волн (часть 2) IEEE Signal Processing Magazine, столбец «Советы и хитрости DSP» , стр. 110–117, Vol. 21, No. 5, сентябрь 2004 г.
  • Йоуко Ванкка и Кари А.И. Халонен (2010). Прямые цифровые синтезаторы: теория, конструкция и применение . Международная серия Kluwer по инженерным наукам и информатике. Бостон, Массачусетс: Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-1-4419-4895-3.