Un sistema DSP necessita la forma d'ona sinusoïdal o una altra generació periòdica de formes d'ona. Un mètode utilitzat per generar aquestes formes d'ona inclou principalment 'NCOs (oscil·ladors de control numèric), on s'utilitza un acumulador digital per produir l'adreça en una LUT sinusoïdal (taula de cerca). El sistema és molt comú tant en programari com en maquinari. Per tant, permet canvis immediats dins de la freqüència/fase instantània de la forma d'ona generada mentre es manté una propietat de fase constant dins de la sortida. Un cop incorporat amb a DAC per generar una forma d'ona analògica o/p, llavors el sistema es coneix com a DDS o Direct Digital Synthesizer. Així doncs, aquest article tracta una visió general d'a oscil·lador de control numèric o NCO: treballant amb aplicacions.
Què és un oscil·lador de control numèric?
Un oscil·lador controlat numèricament és un generador de senyal digital que genera una forma d'ona síncrona, de temps discret i de valors discrets que són generalment sinusoïdals on la freqüència o fase del senyal es controla en el disseny. Aquests oscil·ladors sovint es combinen amb un DAC (convertidor digital a analògic) a la sortida per fer un DDS directe o un sintetitzador digital. Els NCO ofereixen molts avantatges respecte a altres tipus d'oscil·ladors en termes de precisió, agilitat, fiabilitat i estabilitat. Així, els amplificadors d'àudio de classe D, els generadors de tons, el control d'il·luminació, els balastos fluorescents i els circuits de sintonització de ràdio es beneficien dels NCO. Un oscil·lador de control numèric s'utilitza en diversos sistemes de comunicacions com ara sistemes de radar, PLL digitals, sistemes de ràdio, controladors PSK / multinivell. FSK moduladors o demoduladors, i molts més.
Característiques
Les característiques dels oscil·ladors controlats numèricament inclouen les següents.
Freqüència de sortida
La freqüència de sortida generada per NCO és alta que depèn principalment del no. de bits Per exemple; una mida de 20 bits genera fins a 32 MHz, però, una mida de 16 bits només pot generar 500 KHz.
Sortida flexible
La sortida de NCO es pot configurar a un cicle de treball estable, en cas contrari a una forma de freqüència de pols.
Funciona en repòs de baixa potència
L'oscil·lador de control numèric pot funcionar en mode de repòs i és independent de la CPU.
Diverses fonts de rellotge
L'oscil·lador de control numèric pot utilitzar un no. de fonts de rellotge tant internes com externes.
Funcionalitat de temporitzador/comptador de N bits
L'oscil·lador de control numèric també es pot utilitzar com un temporitzador/comptador de 20 bits de propòsit general dins d'un nou mode de treball.
Arquitectura d'oscil·ladors NCO
A continuació es mostra l'arquitectura de l'oscil·lador controlat numèricament. Aquesta arquitectura inclou dues parts principals PA (acumulador de fase) i PAC (conversor de fase a amplitud).
Un acumulador de fase afegeix un valor de control de freqüència al valor que es manté a la seva sortida a cada mostra CLK. Un convertidor de fase a amplitud proporciona una mostra d'amplitud coincident amb la paraula de sortida de l'acumulador de fase com un índex en una taula de cerca de senyal. De vegades, la interpolació s'utilitza en combinació amb la LUT per millorar la precisió i reduir el soroll d'error de la fase. En el programari d'oscil·lador controlat numèricament, es poden utilitzar procediments matemàtics com ara sèries de potència per traduir fase en amplitud.
Un cop marcat, l'acumulador de fase o PA simplement crea un senyal de dent de serra mòdul 2 ^ N després que es canvia a través del PAC (convertidor de fase a amplitud) a un sinusoide mostrejat. Aquí 'N' és el no. de bits transportats dins de l'acumulador de fases.
El nombre de bits transportats com 'N' estableix la resolució de freqüència de l'oscil·lador i sol ser molt més gran en comparació amb el núm. de bits que descriuen l'espai de memòria de la taula de cerca PAC.
Si la capacitat del convertidor de fase a amplitud és de 2 ^ M, la paraula de sortida de l'acumulador de fase s'hauria de reduir a M-bits com es mostra a la figura anterior. Però, aquests bits s'utilitzen per a la interpolació. La reducció de la paraula de sortida de fase no canvia la precisió de la freqüència, però genera un error de fase periòdic variable en el temps que és la principal font de productes falsos.
La precisió de la freqüència relativa a la freqüència CLK només està limitada per la precisió de les matemàtiques utilitzades per calcular la fase. Com que els oscil·ladors controlats numèricament són conscients de la fase i la freqüència i es poden modificar lleugerament per generar una sortida modulada en freqüència o modulada en fase mitjançant la suma al node adequat, en cas contrari, donen sortides en quadratura.
Com funciona un oscil·lador de control numèric?
El mòdul NCO utilitza el desbordament d'un acumulador per generar un senyal de sortida. Per tant, el desbordament de l'acumulador s'ha controlat mitjançant un valor d'increment modificable en lloc d'un sol senyal CLK. Això ofereix un avantatge respecte a un comptador simple controlat per temporitzador, ja que el grau de divisió no canvia pel valor limitat del divisor de preescala o postescala. L'oscil·lador controlat numèricament és molt útil en aplicacions on es requereix una precisió de freqüència i una resolució excel·lent amb un cicle de treball fix.
L'oscil·lador controlat numèricament funciona simplement afegint un valor fix amb freqüència a un acumulador. Per tant, les addicions es produiran a la taxa d'entrada CLK. De vegades, l'acumulador es desbordarà a través d'un transport, que és la sortida de NCO brut. Això disminueix de manera eficient el CLK d'entrada mitjançant la relació entre el valor inclòs i el valor més alt de l'acumulador.
A més, la sortida de NCO es pot modificar simplement estirant el pols. Després d'això, la sortida modificada de NCO es distribueix internament a altres perifèrics i, opcionalment, s'envia a un pin d'entrada/sortida. El desbordament de l'acumulador també pot produir una interrupció.
El període NCO canvia en passos separats per generar una freqüència mitjana. Per tant, aquesta sortida depèn principalment de la capacitat del circuit receptor per promediar la sortida de NCO per reduir la incertesa.
El desbordament del mòdul NCO depèn principalment de la fórmula següent
Taxa de desbordament de l'acumulador = valor de desbordament de l'acumulador/freqüència CLK d'entrada + valor d'increment.
Què és un acumulador de fases?
És un comptador mòdul-N que inclou 2 ^ N condicions digitals que s'incrementen per a cada senyal d'entrada de rellotge del sistema. La mida de l'increment depèn principalment del valor de la paraula d'ajust i la M s'aplica a l'etapa sumadora de l'acumulador. La paraula d'ajust simplement corregeix els increments del comptador en la mida del pas.
Avantatges de l'oscil·lador NCO
Els avantatges de l'oscil·lador controlat numèricament inclouen els següents.
- Un oscil·lador controlat numèricament ofereix molts avantatges en comparació amb altres tipus d'oscil·lador en termes d'estabilitat, precisió i fiabilitat.
- Aquests oscil·ladors tenen una arquitectura flexible de manera que permeten programabilitats fàcilment com la freqüència o la fase sobre la marxa.
- Els oscil·ladors de control numèric ofereixen diversos avantatges respecte d'altres tipus d'oscil·ladors en termes d'agilitat, precisió, estabilitat i fiabilitat.
- Els avantatges de NCO permeten als dissenyadors dissenyar taulers més ràpidament, reduir el consum d'energia, estalviar espai immobiliari a bord i reduir costos.
Usos de l'oscil·lador NCO
Les aplicacions dels oscil·ladors de control numèric inclouen les següents.
- L'oscil·lador de control numèric s'aplica quan es requereix una precisió d'alta freqüència, un control de freqüència lineal i una excel·lent resolució amb un cicle de treball fix, com ara el control de llast i il·luminació, fonts d'alimentació ressonants i generadors de to.
- Els NCO són circuits digitals normals que s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions de sincronització com la conversió de velocitat, la síntesi de freqüència i la generació de CLK.
- Un NCO s'utilitza principalment per a la generació de senyals principals en xip com sinus, cosinus, LFM o modulació de freqüència lineal, gaussià en SoC.
- El mòdul NCO és un temporitzador que genera un senyal de sortida mitjançant el desbordament d'un acumulador.
- Aquests són molt significatius en les aplicacions de circuits de sintonització de ràdio, control de la il·luminació, balasts fluorescents, generadors de tons i amplificadors d'àudio de classe D.
- S'utilitzen sovint en combinació amb un DAC a l'o/p per dissenyar un DDS (sintetitzador digital directe).
- Aquest és un generador de freqüència digital, utilitzat per netejar un senyal i/p sorollós d'un oscil·lador.
Aquest és un generador programable de freqüència lineal utilitzat per produir freqüències de fins a 32 MHz.
Per tant, tot això es tracta una visió general d'un oscil·lador controlat normalment que funciona simplement incloent un increment a un acumulador interior a la vora creixent de cada senyal de rellotge d'entrada. Per tant, la freqüència de sortida del NCO és proporcional al núm. de cicles que aconsegueix perquè l'acumulador es desbordi. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un oscil·lador?
