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Síntesis digital directa

Un generador de funciones DDS La síntesis digital directa ( DDS ) es un método empleado por los sintetizadores de frecuencia para crear formas de onda arbitrarias a partir de un...

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Un generador de funciones DDS

La síntesis digital directa ( DDS ) es un método empleado por los sintetizadores de frecuencia para crear formas de onda arbitrarias a partir de un único reloj de referencia de frecuencia fija. La DDS se utiliza en aplicaciones como la generación de señales , osciladores locales en sistemas de comunicación, generadores de funciones , mezcladores, moduladores , [ 1 ] sintetizadores de sonido y como parte de un bucle de enganche de fase digital . [ 2 ]

Descripción general

Figura 1 - Diagrama de bloques del sintetizador digital directo

Un sintetizador digital directo básico consta de una referencia de frecuencia (a menudo un oscilador de cristal o SAW ), un oscilador controlado numéricamente (NCO) y un convertidor digital a analógico (DAC) [ 5 ] como se muestra en la Figura 1.

El oscilador de referencia proporciona una base de tiempo estable para el sistema y determina la precisión de frecuencia del DDS. Proporciona la señal de reloj al NCO , que genera en su salida una versión cuantificada y discreta de la forma de onda de salida deseada (a menudo una sinusoide ), cuyo periodo está controlado por la palabra digital contenida en el Registro de Control de Frecuencia . La forma de onda digital muestreada se convierte en una forma de onda analógica mediante el DAC . El filtro de reconstrucción de salida rechaza las réplicas espectrales producidas por la retención de orden cero inherente al proceso de conversión analógica.

Actuación

Un DDS tiene muchas ventajas sobre su contraparte analógica, el bucle de enganche de fase (PLL), incluyendo una agilidad de frecuencia mucho mejor, un ruido de fase mejorado y un control preciso de la fase de salida en transiciones de conmutación de frecuencia. Las desventajas incluyen respuestas espurias debidas principalmente a efectos de truncamiento en el NCO , espurios cruzados resultantes de imágenes de Nyquist de alto orden (>1) y un nivel de ruido más alto en grandes desplazamientos de frecuencia debido principalmente al convertidor digital-analógico . [ 6 ]

Debido a que un DDS es un sistema muestreado , además de la forma de onda deseada en la frecuencia de salida F out , también se generan imágenes de Nyquist (la imagen primaria se encuentra en F clk − F out , donde F clk es la frecuencia de reloj de referencia). Para rechazar estas imágenes no deseadas, un DDS se suele utilizar junto con un filtro paso bajo de reconstrucción analógica , como se muestra en la Figura 1. [ 7 ]

agilidad de frecuencia

La frecuencia de salida de un DDS está determinada por el valor almacenado en el registro de control de frecuencia (FCR) (véase la figura 1), que a su vez controla el tamaño del paso del acumulador de fase del NCO . Dado que el NCO opera en el dominio del tiempo discreto, cambia de frecuencia instantáneamente en el flanco del reloj, coincidiendo con un cambio en el valor almacenado en el FCR. El tiempo de estabilización de la frecuencia de salida del DDS está determinado principalmente por la respuesta de fase del filtro de reconstrucción. Un filtro de reconstrucción ideal con una respuesta de fase lineal (es decir, la salida es simplemente una versión retardada de la señal de entrada) permitiría una respuesta de frecuencia instantánea en su salida, ya que un sistema lineal no puede crear frecuencias que no estén presentes en su entrada. [ 8 ]

Ruido de fase y fluctuación

El rendimiento superior de ruido de fase cercano de un DDS se debe a que es un sistema de alimentación directa. En un bucle de enganche de fase (PLL) tradicional, el divisor de frecuencia en la ruta de retroalimentación actúa para multiplicar el ruido de fase del oscilador de referencia y, dentro del ancho de banda del bucle PLL, imprime este exceso de ruido en la salida del VCO. Un DDS, por otro lado, reduce el ruido de fase del reloj de referencia en la relaciónFdolk/Fo{\displaystyle f_{clk}/f_{o}}porque la división fraccionaria del reloj deriva su salida. La fluctuación del reloj de referencia se traduce directamente en la salida, pero esta fluctuación es un porcentaje menor del período de salida (por la proporción anterior). Dado que la frecuencia de salida máxima está limitada aFdolk/2{\displaystyle f_{clk}/2}, el ruido de fase de salida en desplazamientos cercanos es siempre al menos 6  dB inferior al ruido de fase del reloj de referencia. [ 6 ]

En desplazamientos muy alejados de la portadora, el nivel de ruido de fase de un DDS está determinado por la suma de potencias del nivel de ruido de cuantificación del DAC y el nivel de ruido de fase del reloj de referencia.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "DDS controla las formas de onda en pruebas, mediciones y comunicaciones" . Analog Devices Corporation.
  2. ↑ Paul Kern (julio de 2007). "La síntesis digital directa permite los PLL digitales" (PDF) . RFDesign. Archivado del original (PDF) el 5 de abril de 2012. Consultado el 15 de enero de 2010 .
  3. ↑ "Oscilador controlado numéricamente" . Lattice Semiconductor Corporation. 2009.
  4. ↑ Jane Radatz, Diccionario estándar de términos eléctricos y electrónicos del IEEE, Oficina de Normas del IEEE, Nueva York, NY, 1997
  5. ↑ Si bien algunos autores usan los términos DDS y NCO indistintamente, [ 3 ] por convención un NCO se refiere a la parte digital (es decir, la amplitud discreta en el tiempo) de un DDS [ 4 ].
  6. 1 2 "Síntesis digital directa de un solo chip frente al PLL analógico" . Analog Devices Corporation.
  7. ↑ Kroupa, Venceslav F., Sintetizadores de frecuencia digitales directos , IEEE Press, 1999, ISBN 0-7803-3438-8
  8. ↑ Chen, CT (1970). Introducción a la teoría de sistemas lineales . Holt, Rinehart and Winston, Inc. ISBN 978-0-03-077155-2.
  • Tutorial sobre síntesis de señales digitales (de Analog Devices )
  • L. Cordesses, "Síntesis digital directa: una herramienta para la generación de ondas periódicas (Parte 1)" , IEEE Signal Processing Magazine, columna DSP Tips & Tricks , págs.  50–54, vol. 21, n.º 4, julio de 2004.
  • L. Cordesses, Síntesis digital directa: una herramienta para la generación de ondas periódicas (Parte 2) Revista IEEE Signal Processing, columna DSP Tips & Tricks , págs.  110–117, vol. 21, n.° 5, septiembre de 2004.
  • Jouko Vankka y Kari AI Halonen (2010). Sintetizadores digitales directos: teoría, diseño y aplicaciones . Serie internacional de Kluwer en ingeniería e informática. Boston, MA: Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-1-4419-4895-3.