Микросхемы прямого цифрового синтеза. DDS генератор

Микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) позволяют реализовать высокую спектральную чистоту сигнала. DDS синтезаторы частот обладают мгновенной перестройкой частоты, а то, что все элементы синтезатора можно разместить на одной микросхеме, позволяет выполнить высокочастотный перестраиваемый генератор в минимальных размерах.

В качестве радиосигналов обычно используются узкополосные сигналы, представляющие собой синусоидальное колебание, модулированное по частоте, амплитуде и фазе. Для реализации синусоидального радиосигнала в цифровом виде можно воспользоваться постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) с записанными в него значениями функции синуса. На адресные входы ПЗУ при этом подаются числовые значения, пропорциональные фазе значения функции синуса. В простейшем случае для этого можно воспользоваться двоичным счетчиком. Цифровые коды на выходе двоичного счетчика показаны на рисунке 1 в виде векторов, длина которых пропорциональна двоичному числу.

Сигнал на входе преобразователя кода DDS
Рисунок 1. Числовые коды, подаваемые на адресные входы ПЗУ

На рисунке 2 кружочками показаны значения синуса на выходе преобразователя кодов DDS. По оси абсцисс отложен номер отсчета цифрового сигнала, соответствующий адресу ячейки ПЗУ.

Сигнал на выходе DDS
Рисунок 2. Значения синуса, считываемые из преобразователя кодов DDS

Как видно из этого графика, на выходе формируется синусоидальный сигнал, и если его подать на аналого-цифровой преобразователь, то на осциллографе можно наблюдать чистое гармоническое колебание. Таким образом простейший цифровой генератор синусоидального колебания состоит из генератора высокостабильных тактовых импульсов, цифрового двоичного счетчика и аналого-цифрового преобразователя. Эта схема приведена на рисунке 3.

Структурная схема простейшего DDS генератора прямого цифрового синтеза
Рисунок 3. Схема простейшего DDS генератора синусоидального колебания

Антиалиайсинговый фильтр позволяет сгладить дискретность сигнала на выходе цифро-аналогового преобразователя. В качестве подобного фильтра на выходе DDS обычно применяется полосовой фильтр.

В этом DDS генераторе можно получить достаточно чистое синусоидальное колебание на выходе, но перестройка по частоте будет затруднена. Частота выходного колебания будет определяться частотой тактового генератора, поэтому перестройка по частоте будет возможна, только если в качестве тактового генератора использовать синтезатор частот со всеми его преимуществами и недостатками. Основной недостаток синтезатора частот с фазовой автоподстройкой частоты является низкая скорость перестройки с одной частоты на другую.

В качестве альтернативного способа перестройки частоты DDS генератора можно считывать значения синусоидального сигнала из постоянного запоминающего устройства через одну или несколько ячеек. Если мы будем считывать значения синусоидального сигнала через одну ячейку памяти, то при той же частоте тактового генератора полностью период синусоидального сигнала на выходе аналого-цифрового преобразователя будет получен за время в два раза меньшее относительно первоначально рассмотренного случая. В результате частота формируемого синусоидального сигнала увеличится вдвое. Если мы будем выдавать на выход содержимое каждой третьей ячейки ПЗУ синусоидального сигнала, то для завершения периода этого сигнала нам потребуется втрое меньшее количество тактов, следовательно, частота выходного сигнала увеличится втрое. Напряжение на выходе DDS при подаче на его вход числа 2 показано на рисунке 4.

коды на выходе DDS при подаче числа два на вход фазового аккумулятора
Рисунок 4. Напряжение на выходе DDS при подаче на его вход числа 2

Итак, в этом случае мы можем регулировать частоту выходного синусоидального сигнала, просто изменяя коэффициент счета входных импульсов. При этом номер отсчета синусоидального сигнала можно считать его фазой, а так как номер отсчета постоянно увеличивается, то устройство, осуществляющее это действие, можно назвать аккумулятором (накопителем) фазы. Его технологичнее выполнить на двоичном сумматоре и параллельном регистре, запоминающем результат суммирования. На один из входов сумматора подадим содержимое накапливающего регистра, а на другой вход будем подавать двоичный код, соответствующий шагу изменения фазы. Структурная схема фазового аккумулятора приведена на рисунке 5.

Структурная схема фазового аккумулятора
Рисунок 5. Схема фазового аккумулятора в составе DDS генератора

В дальнейшем эти цифровые значения подаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) При считывании из ПЗУ значений синуса через равномерные промежутки времени, на выходе ЦАП можно наблюдать синусоидальный сигнал. Пример подобной формы сигнала приведен на рисунке 2.

Дата последнего обновления файла 18.04.2018


Понравился материал? Поделись с друзьями!


Литература:

  1. Леонид Ридико "DDS: прямой цифровой синтез частоты" "Компоненты и технологии" № 7 2001
  2. Кронин Брэндан (Brendan Cronin) "Простое и эффективное формирование сигналов при помощи синтезаторов прямого цифрового синтеза частот" "Беспроводные технологии" № 1 2012
  3. Digital Synthesis "Analog Devices" URL:http://www.analog.com

Вместе со статьёй "Микросхемы прямого цифрового синтеза. DDS генератор" читают:

Кварцевые фильтры
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/quartz/

Пьезокерамические фильтры
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/piezo/

Керамические фильтры СВЧ
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Ceramic/

Понятие ФНЧ-прототипа
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Prototip/

Аппроксимация АЧХ фильтров
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/Approks/

Схемы пассивных фильтров
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/LC/

Схемы активных RC фильтров
https://digteh.ru/Sxemoteh/filtr/RC/




Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 ... 2021

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/

Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 100 научных и научно-методических работ, в том числе 20 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика