Ένα σύστημα DSP χρειάζεται την ημιτονοειδή κυματομορφή ή άλλη περιοδική παραγωγή κυματομορφής. Μια μέθοδος που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αυτών των κυματομορφών περιλαμβάνει κυρίως «NCOs (Numerically Controlled Oscillators), όπου ένας ψηφιακός συσσωρευτής χρησιμοποιείται για την παραγωγή της διεύθυνσης σε έναν sine LUT (πίνακας αναζήτησης). Το σύστημα είναι πολύ κοινό τόσο σε λογισμικό όσο και σε υλικό. Έτσι επιτρέπει άμεσες αλλαγές εντός της στιγμιαίας συχνότητας/φάσης της κυματομορφής που δημιουργείται, ενώ διατηρείται μια σταθερή ιδιότητα φάσης εντός της εξόδου. Αφού ενσωματωθεί με α DAC για να δημιουργήσετε μια αναλογική κυματομορφή o/p, τότε το σύστημα είναι γνωστό ως DDS ή Direct Digital Synthesizer. Έτσι, αυτό το άρθρο εξετάζει μια επισκόπηση του α αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής ή Υπαξιωματικός – εργασία με εφαρμογές.
Τι είναι ένας αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής;
Ένας αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής είναι μια γεννήτρια ψηφιακού σήματος που δημιουργεί μια κυματομορφή σύγχρονης, διακριτού χρόνου και διακριτής τιμής, η οποία είναι γενικά ημιτονοειδής όπου η συχνότητα ή η φάση του σήματος ελέγχεται στο σχεδιασμό. Αυτοί οι ταλαντωτές συνδυάζονται συχνά με έναν DAC (μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό) στην έξοδο για να δημιουργήσουν ένα άμεσο DDS ή ψηφιακό συνθεσάιζερ. Οι Υπαξιωματικοί παρέχουν πολλά οφέλη σε σχέση με άλλα είδη ταλαντωτών όσον αφορά την ακρίβεια, την ευελιξία, την αξιοπιστία και τη σταθερότητα. Έτσι, οι ενισχυτές ήχου κατηγορίας D, οι γεννήτριες τόνου, ο έλεγχος φωτισμού, τα στραγγαλιστικά πηνία φθορισμού και τα κυκλώματα ραδιοσυντονισμού επωφελούνται από τους Υπαξιωματικούς. Ένας αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής χρησιμοποιείται σε διάφορα συστήματα επικοινωνιών όπως συστήματα ραντάρ, ψηφιακά PLL, ραδιοφωνικά συστήματα, προγράμματα οδήγησης πολλαπλών επιπέδων PSK/ FSK διαμορφωτές ή αποδιαμορφωτές, και πολλά άλλα.
Χαρακτηριστικά
Τα χαρακτηριστικά των αριθμητικά ελεγχόμενων ταλαντωτών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
Συχνότητα εξόδου
Η συχνότητα εξόδου που παράγεται από τον Υπαξιωματικό είναι υψηλή, η οποία εξαρτάται κυρίως από τον αριθ. των bit Για παράδειγμα? ένα μέγεθος 20 bit παράγει έως και 32 MHZ, ωστόσο, ένα μέγεθος 16 bit μπορεί να δημιουργήσει μόνο 500 KHz.
Ευέλικτη Έξοδος
Η έξοδος του NCO μπορεί να ρυθμιστεί σε σταθερό κύκλο λειτουργίας, διαφορετικά σε μορφή παλμικής συχνότητας.
Λειτουργεί σε κατάσταση ύπνου χαμηλής κατανάλωσης
Ο αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής μπορεί να λειτουργεί σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας και είναι ανεξάρτητος από την CPU.
Αρκετές πηγές ρολογιού
Ο αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα αριθ. πηγών ρολογιού τόσο εσωτερικές όσο και εξωτερικές.
Λειτουργία N-bit Timer/counter
Ο αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως χρονοδιακόπτης/μετρητής 20-bit γενικής χρήσης σε μια νέα λειτουργία λειτουργίας.
Υπαξιωματικός Ταλαντωτής Αρχιτεκτονικής
Η αριθμητικά ελεγχόμενη αρχιτεκτονική ταλαντωτή φαίνεται παρακάτω. Αυτή η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει δύο κύρια μέρη PA (φασικός συσσωρευτής) και PAC (μετατροπέας φάσης σε πλάτος).
Ένας συσσωρευτής φάσης προσθέτει μια τιμή ελέγχου συχνότητας στην τιμή που διατηρείται στην έξοδό του σε κάθε δείγμα CLK. Ένας μετατροπέας φάσης σε πλάτος παρέχει ένα αντίστοιχο δείγμα πλάτους με τη λέξη εξόδου του συσσωρευτή φάσης σαν ευρετήριο σε έναν πίνακα αναζήτησης σήματος. Μερικές φορές, η παρεμβολή χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το LUT για την ενίσχυση της ακρίβειας καθώς και τη μείωση του θορύβου σφάλματος της φάσης. Σε αριθμητικά ελεγχόμενο λογισμικό ταλαντωτή, μαθηματικές διαδικασίες όπως οι σειρές ισχύος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάφραση της φάσης σε πλάτος.
Μόλις χρονομετρηθεί, ο συσσωρευτής PA ή φάσης δημιουργεί απλώς ένα modulo 2^N σήμα πριονωτή, μετά από αυτό αλλάζει μέσω του PAC (μετατροπέας φάσης σε πλάτος) σε ένα ημιτονοειδές δειγματοληψίας. Εδώ το «Ν» είναι το όχι. των μεταφερόμενων δυαδικών ψηφίων εντός του συσσωρευτή φάσης.
Ο αριθμός των μεταφερόμενων δυαδικών ψηφίων όπως το «N» καθορίζει την ανάλυση συχνότητας του ταλαντωτή και είναι συνήθως πολύ υψηλότερος σε σύγκριση με τον αριθ. bit που περιγράφουν το χώρο μνήμης του πίνακα αναζήτησης PAC.
Εάν η χωρητικότητα του μετατροπέα φάσης σε πλάτος είναι 2^M, τότε η λέξη εξόδου του συσσωρευτή φάσης θα πρέπει να μειωθεί σε M-bits όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Όμως, αυτά τα bits χρησιμοποιούνται για παρεμβολή. Η μείωση της λέξης εξόδου φάσης δεν αλλάζει την ακρίβεια της συχνότητας, αλλά δημιουργεί ένα χρονικά μεταβαλλόμενο περιοδικό σφάλμα φάσης είναι η κύρια πηγή ψευδών προϊόντων.
Η ακρίβεια συχνότητας σε σχέση με τη συχνότητα CLK περιορίζεται μόνο από την ακρίβεια των μαθηματικών που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της φάσης. Επειδή οι αριθμητικά ελεγχόμενοι ταλαντωτές έχουν επίγνωση φάσης και συχνότητας και μπορούν να τροποποιηθούν ελαφρώς για να δημιουργήσουν μια έξοδο διαμορφωμένης ή διαμορφωμένης φάσης με άθροιση στον κατάλληλο κόμβο, διαφορετικά δίνουν εξόδους τετραγωνισμού.
Πώς λειτουργεί ένας αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής;
Η μονάδα NCO χρησιμοποιεί την υπερχείλιση ενός συσσωρευτή για να δημιουργήσει ένα σήμα εξόδου. Έτσι, η υπερχείλιση του συσσωρευτή έχει ελεγχθεί μέσω μιας τροποποιήσιμης τιμής αύξησης αντί ενός μόνο σήματος CLK. Αυτό προσφέρει ένα πλεονέκτημα σε σχέση με έναν απλό μετρητή που βασίζεται σε χρονοδιακόπτη, καθώς ο βαθμός διαίρεσης δεν αλλάζει από την περιορισμένη τιμή διαιρέτη Prescaler ή postscaler. Ο αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής είναι πολύ χρήσιμος σε εφαρμογές όπου απαιτείται ακρίβεια συχνότητας και εξαιρετική ανάλυση σε σταθερό κύκλο λειτουργίας.
Ο αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής λειτουργεί απλώς προσθέτοντας μια σταθερή τιμή συχνά σε έναν συσσωρευτή. Έτσι, οι προσθήκες θα γίνουν με τον ρυθμό εισόδου CLK. Μερικές φορές, ο συσσωρευτής θα υπερχειλίσει μέσω μιας μεταφοράς, η οποία είναι η έξοδος ακατέργαστων υπαξιωματικών. Αυτό μειώνει αποτελεσματικά το CLK εισόδου μέσω του λόγου της συμπεριλαμβανόμενης τιμής προς την υψηλότερη τιμή του συσσωρευτή.
Περαιτέρω, η έξοδος του NCO μπορεί να τροποποιηθεί απλά τεντώνοντας τον παλμό. Μετά από αυτό, η τροποποιημένη έξοδος του NCO διανέμεται εσωτερικά σε άλλα περιφερειακά και προαιρετικά εξάγεται σε μια ακίδα εισόδου/εξόδου. Η υπερχείλιση του συσσωρευτή μπορεί επίσης να προκαλέσει διακοπή.
Η περίοδος Υπαξιωματικών αλλάζει σε ξεχωριστά βήματα για να δημιουργήσει μια μέση συχνότητα. Έτσι, αυτή η έξοδος εξαρτάται κυρίως από την ικανότητα του κυκλώματος λήψης να καταβάλει μέσο όρο της εξόδου του Υπαξιωματικού για να μειώσει την αβεβαιότητα.
Η υπερχείλιση της μονάδας Υπαξιωματικών εξαρτάται κυρίως από τον ακόλουθο τύπο
Ποσοστό υπερχείλισης συσσωρευτή = Τιμή υπερχείλισης συσσωρευτή/Είσοδος Συχνότητα CLK + Αυξητική τιμή.
Τι είναι ένας συσσωρευτής φάσης;
Είναι ένας μετρητής modulo-N που περιλαμβάνει ψηφιακές συνθήκες 2^N οι οποίες αυξάνονται για κάθε σήμα εισόδου ρολογιού του συστήματος. Το μέγεθος αύξησης εξαρτάται κυρίως από την τιμή της λέξης συντονισμού και το M εφαρμόζεται στο στάδιο αθροιστή του συσσωρευτή. Η λέξη συντονισμού απλώς διορθώνει τις αυξήσεις του μετρητή στο μέγεθος του βήματος.
Πλεονεκτήματα του Ταλαντωτή Υπαξιωματικών
Τα αριθμητικά ελεγχόμενα πλεονεκτήματα του ταλαντωτή περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Ένας αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με άλλους τύπους ταλαντωτή όσον αφορά τη σταθερότητα, την ακρίβεια και την αξιοπιστία.
- Αυτοί οι ταλαντωτές έχουν ευέλικτη αρχιτεκτονική, ώστε να επιτρέπουν εύκολα προγραμματισμό, όπως συχνότητα ή φάση εν κινήσει.
- Οι αριθμητικά ελεγχόμενοι ταλαντωτές προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπους ταλαντωτών όσον αφορά την ευκινησία, την ακρίβεια, τη σταθερότητα και την αξιοπιστία.
- Τα πλεονεκτήματα του NCO επιτρέπουν στους σχεδιαστές να σχεδιάζουν γρηγορότερα πίνακες, να μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας, να εξοικονομούν χώρο επί των ακινήτων και να μειώνουν το κόστος.
Χρήσεις ταλαντωτή Υπαξιωματικών
Οι εφαρμογές των αριθμητικά ελεγχόμενων ταλαντωτών περιλαμβάνουν τις ακόλουθες.
- Ο αριθμητικά ελεγχόμενος ταλαντωτής μπορεί να εφαρμοστεί όπου απαιτείται ακρίβεια υψηλής συχνότητας, γραμμικός έλεγχος συχνότητας και εξαιρετική ανάλυση σε σταθερό κύκλο λειτουργίας, όπως έλεγχος έρματος και φωτισμού, τροφοδοτικά συντονισμού και γεννήτριες τόνου.
- Οι Υπαξιωματικοί είναι κανονικά ψηφιακά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών χρονισμού όπως η μετατροπή ρυθμού, η σύνθεση συχνότητας και η παραγωγή CLK.
- Ένα NCO χρησιμοποιείται κυρίως για τη δημιουργία σημαντικών σημάτων στο τσιπ, όπως ημιτονοειδή, συνημίτονο, LFM ή διαμορφωμένη γραμμική συχνότητα, Gaussian στα SoC.
- Η μονάδα NCO είναι ένας χρονοδιακόπτης που παράγει ένα σήμα εξόδου χρησιμοποιώντας την υπερχείλιση ενός συσσωρευτή.
- Αυτά είναι πολύ σημαντικά στις εφαρμογές των κυκλωμάτων ραδιοσυντονισμού, του φωτισμού ελέγχου, των στραγγαλιστικών πηνίων φθορισμού, των γεννητριών τόνου και των ενισχυτών ήχου κατηγορίας D.
- Αυτά χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμό με ένα DAC στο o/p για να σχεδιάσουν ένα DDS (άμεσο ψηφιακό συνθεσάιζερ).
- Αυτή είναι μια γεννήτρια ψηφιακής συχνότητας, που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό ενός θορυβώδους σήματος i/p ενός ταλαντωτή.
Αυτή είναι μια προγραμματιζόμενη γεννήτρια γραμμικής συχνότητας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή συχνοτήτων έως και 32 MHz.
Επομένως, πρόκειται για όλα μια επισκόπηση ενός κανονικά ελεγχόμενου ταλαντωτή το οποίο λειτουργεί περιλαμβάνοντας απλώς μια αύξηση σε έναν εσωτερικό συσσωρευτή στην αυξανόμενη άκρη κάθε σήματος ρολογιού εισόδου. Άρα, η συχνότητα εξόδου του Υπαξιωματικού είναι ανάλογη με την αριθ. των κύκλων που παίρνει για να υπερχειλίσει ο συσσωρευτής. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ένας ταλαντωτής;
