Một hệ thống DSP cần dạng sóng hình sin hoặc tạo dạng sóng định kỳ khác. Một phương pháp được sử dụng để tạo các dạng sóng này chủ yếu liên quan đến “ NCO (Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số), trong đó bộ tích lũy kỹ thuật số được sử dụng để tạo địa chỉ thành LUT hình sin (bảng tra cứu). Hệ thống này rất phổ biến trong cả phần mềm và phần cứng. Vì vậy, nó cho phép thay đổi ngay lập tức tần số/pha tức thời của dạng sóng được tạo ra trong khi vẫn duy trì thuộc tính pha không đổi trong đầu ra. Một khi nó được kết hợp với một ĐẮC để tạo dạng sóng o/p tương tự, thì hệ thống này được gọi là DDS hoặc Bộ tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp. Vì vậy, bài viết này thảo luận về một cái nhìn tổng quan về một bộ tạo dao động điều khiển số hoặc NCO – làm việc với các ứng dụng.
Bộ tạo dao động điều khiển số là gì?
Bộ tạo dao động điều khiển số là một bộ tạo tín hiệu số tạo ra dạng sóng đồng bộ, thời gian rời rạc và có giá trị rời rạc, thường có dạng hình sin trong đó tần số hoặc pha của tín hiệu được điều khiển trong thiết kế. Các bộ tạo dao động này thường được kết hợp với một DAC (bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) ở đầu ra để tạo ra một DDS trực tiếp hoặc bộ tổng hợp kỹ thuật số. NCO mang lại nhiều lợi ích so với các loại bộ tạo dao động khác về độ chính xác, nhanh nhẹn, độ tin cậy và độ ổn định. Vì vậy, bộ khuếch đại âm thanh loại D, bộ tạo âm thanh, điều khiển ánh sáng, chấn lưu huỳnh quang và mạch điều chỉnh radio đều được hưởng lợi từ NCO. Bộ tạo dao động điều khiển số được sử dụng trong các hệ thống liên lạc khác nhau như hệ thống radar, PLL kỹ thuật số, hệ thống vô tuyến, trình điều khiển đa cấp PSK/ FSK bộ điều biến hoặc bộ giải mã, và nhiều hơn nữa.
Đặc trưng
Các tính năng của bộ dao động điều khiển số bao gồm những điều sau đây.
Tần số đầu ra
Tần số đầu ra do NCO tạo ra cao, chủ yếu phụ thuộc vào không. của bit Ví dụ; kích thước 20 bit tạo ra tối đa 32 MHZ, tuy nhiên, kích thước 16 bit chỉ có thể tạo ra 500 KHz.
Đầu ra linh hoạt
Đầu ra của NCO có thể được đặt thành chu kỳ nhiệm vụ ổn định nếu không thành dạng tần số xung.
Hoạt động trong chế độ ngủ công suất thấp
Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số có thể chạy trong chế độ ngủ & không phụ thuộc vào CPU.
Một số nguồn đồng hồ
Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số có thể sử dụng số không. của các nguồn đồng hồ cả bên trong và bên ngoài.
Chức năng bộ định thời/bộ đếm N-bit
Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số cũng có thể được sử dụng như một bộ định thời/bộ đếm 20-bit có mục đích chung trong một chế độ làm việc mới.
Kiến trúc bộ tạo dao động NCO
Kiến trúc bộ tạo dao động điều khiển số được hiển thị bên dưới. Kiến trúc này bao gồm hai phần chính PA (bộ tích lũy pha) và PAC (bộ chuyển đổi pha-biên độ).
Bộ tích lũy pha thêm giá trị điều khiển tần số vào giá trị được giữ ở đầu ra của nó ở mọi mẫu CLK. Bộ chuyển đổi pha-biên độ cung cấp một mẫu biên độ phù hợp với từ đầu ra của bộ tích lũy pha giống như một chỉ mục trong bảng tra cứu tín hiệu. Đôi khi, phép nội suy được sử dụng kết hợp với LUT để nâng cao độ chính xác cũng như giảm nhiễu lỗi của pha. Trong phần mềm tạo dao động điều khiển số, các quy trình toán học như chuỗi lũy thừa có thể được sử dụng để chuyển pha thành biên độ.
Sau khi được tạo xung nhịp, PA hoặc bộ tích lũy pha chỉ cần tạo tín hiệu răng cưa modulo 2^N sau đó tín hiệu này được thay đổi thông qua PAC (bộ chuyển đổi pha thành biên độ) thành tín hiệu hình sin được lấy mẫu. Ở đây 'N' là không. của các bit được mang trong bộ tích lũy pha.
Số lượng bit được mang như 'N' đặt độ phân giải tần số của bộ tạo dao động & thường cao hơn nhiều so với không. bit mô tả không gian bộ nhớ của bảng tra cứu PAC.
Nếu công suất của bộ biến đổi pha thành biên độ là 2^M, thì từ đầu ra của bộ tích lũy pha phải được giảm xuống M-bit như thể hiện trong hình trên. Tuy nhiên, những bit này được sử dụng để nội suy. Việc giảm từ đầu ra pha không làm thay đổi độ chính xác của tần số nhưng nó tạo ra lỗi pha định kỳ thay đổi theo thời gian là nguồn chính của các sản phẩm giả.
Độ chính xác tần số so với tần số CLK chỉ bị giới hạn bởi độ chính xác của toán học được sử dụng để tính toán pha. Bởi vì các bộ tạo dao động được điều khiển bằng số nhận biết pha & tần số và có thể được sửa đổi một chút để tạo ra đầu ra điều chế tần số hoặc điều chế pha bằng cách tính tổng tại nút phù hợp, nếu không sẽ cho đầu ra cầu phương.
Bộ tạo dao động điều khiển bằng số hoạt động như thế nào?
Mô-đun NCO sử dụng mức tràn của bộ tích lũy để tạo tín hiệu đầu ra. Vì vậy, mức tràn của bộ tích lũy đã được kiểm soát thông qua một giá trị gia tăng có thể thay đổi được thay vì chỉ một tín hiệu CLK duy nhất. Điều này mang lại lợi ích so với bộ đếm điều khiển theo thời gian đơn giản ở chỗ mức độ phân chia không thay đổi bởi giá trị bộ chia Prescaler hoặc postscaler giới hạn. Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số rất hữu ích trong các ứng dụng cần độ chính xác tần số & độ phân giải tuyệt vời ở chu kỳ nhiệm vụ cố định.
Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số chỉ hoạt động bằng cách thường xuyên thêm một giá trị cố định vào bộ tích lũy. Vì vậy, các bổ sung sẽ xảy ra ở tốc độ CLK đầu vào. Đôi khi, bộ tích lũy sẽ tràn qua một bộ mang, là đầu ra của NCO thô. Điều này làm giảm CLK đầu vào một cách hiệu quả thông qua tỷ lệ giữa giá trị được bao gồm với giá trị cao nhất của bộ tích lũy.
Hơn nữa, đầu ra của NCO có thể được sửa đổi bằng cách kéo dài xung. Sau đó, đầu ra đã sửa đổi của NCO được phân phối nội bộ cho các thiết bị ngoại vi khác & tùy chọn xuất ra chân đầu vào/đầu ra. Việc tràn bộ tích lũy cũng có thể gây ra sự gián đoạn.
Khoảng thời gian NCO thay đổi theo các bước riêng biệt để tạo ra tần suất trung bình. Vì vậy, đầu ra này chủ yếu phụ thuộc vào công suất của mạch nhận để lấy trung bình đầu ra của NCO để giảm độ không đảm bảo.
Mức tràn của mô-đun NCO chủ yếu phụ thuộc vào công thức sau
Tốc độ tràn của Accumulator = Giá trị tràn của Accumulator/Tần số CLK đầu vào + Giá trị gia tăng.
Bộ tích lũy pha là gì?
Đó là bộ đếm modulo-N bao gồm các điều kiện kỹ thuật số 2^N được tăng lên cho mọi tín hiệu đầu vào đồng hồ của hệ thống. Kích thước gia số chủ yếu phụ thuộc vào giá trị từ điều chỉnh và M được áp dụng cho giai đoạn bộ cộng của bộ tích lũy. Từ điều chỉnh chỉ đơn giản là sửa số gia của bộ đếm trong kích thước bước.
Ưu điểm của Bộ tạo dao động NCO
Các ưu điểm của bộ tạo dao động được điều khiển bằng số bao gồm những điều sau đây.
- Bộ tạo dao động điều khiển số mang lại nhiều lợi ích so với các loại bộ tạo dao động khác về độ ổn định, độ chính xác và độ tin cậy.
- Các bộ tạo dao động này có cấu trúc linh hoạt để chúng dễ dàng cho phép các khả năng lập trình như tần số hoặc pha đang hoạt động.
- Các bộ tạo dao động được điều khiển bằng số mang lại một số lợi thế so với các bộ tạo dao động khác các loại dao động về sự nhanh nhẹn, chính xác, ổn định và độ tin cậy.
- Lợi ích của NCO cho phép các nhà thiết kế thiết kế bảng nhanh hơn, giảm mức tiêu thụ điện năng, tiết kiệm không gian bất động sản trên bảng và giảm chi phí.
Sử dụng bộ tạo dao động NCO
Các ứng dụng của bộ tạo dao động điều khiển số bao gồm những điều sau đây.
- Bộ tạo dao động được điều khiển bằng số được áp dụng ở những nơi cần độ chính xác tần số cao, điều khiển tần số tuyến tính & độ phân giải xuất sắc ở chu kỳ làm việc cố định như điều khiển chấn lưu & chiếu sáng, nguồn điện cộng hưởng & bộ tạo âm.
- NCO là các mạch kỹ thuật số bình thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng thời gian như chuyển đổi tốc độ, tổng hợp tần số & tạo CLK.
- Một NCO chủ yếu được sử dụng để tạo tín hiệu chính trên chip như sin, cosin, LFM hoặc điều chế tần số tuyến tính, Gaussian trong SoC.
- Mô-đun NCO là bộ đếm thời gian tạo tín hiệu đầu ra bằng cách sử dụng mức tràn của bộ tích lũy.
- Chúng rất có ý nghĩa trong các ứng dụng của mạch điều chỉnh vô tuyến, điều khiển ánh sáng, chấn lưu huỳnh quang, bộ tạo âm & bộ khuếch đại âm thanh loại D.
- Chúng thường được sử dụng kết hợp với DAC tại o/p để thiết kế DDS (bộ tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp).
- Đây là bộ tạo tần số kỹ thuật số, được sử dụng để làm sạch tín hiệu i/p nhiễu của bộ tạo dao động.
Đây là bộ tạo có thể lập trình tần số tuyến tính được sử dụng để tạo ra tần số lên tới 32 MHz.
Vì vậy, đây là tất cả về tổng quan về bộ tạo dao động được điều khiển thông thường hoạt động bằng cách chỉ cần thêm một số gia vào bộ tích lũy bên trong trên cạnh tăng của mọi tín hiệu đồng hồ đầu vào. Vì vậy, tần số đầu ra của NCO tỷ lệ thuận với không. của chu kỳ nó sẽ làm cho bộ tích lũy bị tràn. Đây là một câu hỏi cho bạn, một dao động là gì?