Прямой цифровой синтез - Direct digital synthesis

DDS генератор функций.

Прямой цифровой синтез (DDS) - метод, используемый синтезаторы частот используется для создания произвольных формы волны от одинарных опорных часов с фиксированной частотой. DDS используется в таких приложениях, как генерация сигнала, гетеродин в системах связи, генераторы функций, смесители, модуляторы,[1] звуковые синтезаторы и как часть цифрового ФАПЧ.[2]

Обзор

Рисунок 1 - Блок-схема прямого цифрового синтезатора

Основной прямой цифровой синтезатор состоит из опорной частоты (часто кристалл или же УВИДЕЛ осциллятор), a генератор с числовым программным управлением (Унтер-офицер) 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 часы Унтер-офицер, который производит на своем выходе дискретное время, квантованный версия желаемой формы выходного сигнала (часто синусоида ), период которого контролируется цифровым словом, содержащимся в Регистр управления частотой. Дискретизированный цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал ЦАП. Фильтр восстановления выхода отклоняет спектральные реплики, создаваемые удержание нулевого порядка присущие процессу аналогового преобразования.

Спектакль

DDS имеет много преимуществ перед своим аналоговым аналогом: ФАПЧ (PLL), в том числе гораздо лучшая перестройка частоты фазовый шум, а также точное управление выходной фазой при переключении частоты. К недостаткам относятся ложные ответы, в основном из-за эффектов усечения в Унтер-офицер, пересечение шпор, возникающих в результате изображений Найквиста высокого порядка (> 1), и более высокий минимальный уровень шума при больших сдвигах частоты, главным образом из-за цифро-аналоговый преобразователь.[6]

Потому что DDS - это система выборки, помимо желаемой формы сигнала на выходной частоте Fиз, Найквист изображения также генерируются (первичное изображение находится в Fclk-Fиз, где Fclk опорная тактовая частота). Чтобы отклонить эти нежелательные изображения, DDS обычно используется в сочетании с аналоговым реконструкция фильтра нижних частот как показано на рисунке 1.[7]

Частотная гибкость

Выходная частота DDS определяется значением, хранящимся в регистре управления частотой (FCR) (см. Рисунок 1), который, в свою очередь, управляет Унтер-офицер Размер шага фазового аккумулятора. 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 восстановления 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

Превосходный близкий фазовый шум производительность DDS проистекает из того факта, что это система с прямой связью. В традиционном фазовая автоподстройка частоты (PLL), 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. DDS, с другой стороны, снижает фазовый шум опорных тактовых импульсов на соотношение потому что его выходной сигнал получается дробным делением часов. Контрольные часы дрожь транслируется непосредственно на выход, но этот джиттер составляет меньший процент периода вывода (в соответствии с соотношением 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]

На смещениях, удаленных от несущей, минимальный уровень фазового шума DDS определяется суммой мощностей DAC. квантование шума и эталонной тактовой частоты фазового шума.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «DDS контролирует формы сигналов при тестировании, измерениях и передаче данных». Аналоговые устройства Корпорация.
  2. ^ Пол Керн (июль 2007 г.). «Прямой цифровой синтез позволяет использовать цифровые системы ФАПЧ» (PDF). RFDesign.
  3. ^ "Осциллятор с числовым программным управлением". Корпорация решетчатого полупроводника. 2009 г.
  4. ^ Джейн Радац, Стандартный словарь терминов по электротехнике и электронике IEEE, Управление стандартов IEEE, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1997
  5. ^ Хотя 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. ^ а б «Одночиповый прямой цифровой синтез против аналоговой ФАПЧ». Аналоговые устройства Корпорация.
  7. ^ Крупа, Венцеслав Ф.,Прямые цифровые синтезаторы частоты, IEEE Press, 1999 г., ISBN  0-7803-3438-8
  8. ^ Чен, К. (1970). Введение в теорию линейных систем. Holt, Rinehart and Winston, Inc. ISBN  978-0-03-077155-2.

Внешние ссылки и дальнейшее чтение