DSP-järjestelmä tarvitsee siniaaltomuodon tai muun jaksollisen aaltomuodon generoinnin. Yksi menetelmä, jota käytetään näiden aaltomuotojen generoimiseen, sisältää pääasiassa NCO:ita (Numerally Controlled Oscillator), joissa digitaalista akkua käytetään tuottamaan osoite sini-LUT:ksi (lookup table). Järjestelmä on hyvin yleinen sekä ohjelmistoissa että laitteistoissa. Joten se mahdollistaa välittömät muutokset generoidun aaltomuodon välittömässä taajuudessa/vaiheessa, samalla kun lähdössä säilyy vakiovaiheominaisuus. Kun se on yhdistetty a DAC analogisen o/p-aaltomuodon luomiseksi järjestelmä tunnetaan nimellä DDS tai Direct Digital Synthesizer. Joten tässä artikkelissa käsitellään yleiskatsausta a numeerisesti ohjattu oskillaattori tai NCO – sovellusten parissa työskenteleminen.
Mikä on numeerisesti ohjattu oskillaattori?
Numeerisesti ohjattu oskillaattori on digitaalinen signaaligeneraattori, joka tuottaa synkronisen, diskreettiaikaisen ja diskreettiarvoisen aaltomuodon, joka on yleensä sinimuotoinen ja signaalin taajuutta tai vaihetta ohjataan suunnittelussa. Nämä oskillaattorit yhdistetään usein DAC-muuntimeen (digital-to-analog converter) lähdössä suoran DDS:n tai digitaalisen syntetisaattorin muodostamiseksi. NCO:t tarjoavat monia etuja muihin oskillaattorityyppeihin verrattuna tarkkuuden, ketteryyden, luotettavuuden ja vakauden suhteen. Joten D-luokan äänenvahvistimet, äänigeneraattorit, valaistuksen ohjaus, loistelamput ja radiovirityspiirit hyötyvät kaikki NCO:ista. Numeerisesti ohjattua oskillaattoria käytetään erilaisissa viestintäjärjestelmissä, kuten tutkajärjestelmissä, digitaalisissa PLL:issä, radiojärjestelmissä, ohjaimissa monitasoisissa PSK/ FSK modulaattorit tai demodulaattorit ja monet muut.
ominaisuudet
Numeerisesti ohjattujen oskillaattorien ominaisuuksia ovat seuraavat.
Lähtötaajuus
NCO:n tuottama lähtötaajuus on korkea, mikä riippuu pääasiassa no. bittien Esimerkiksi; 20-bittinen koko tuottaa jopa 32 MHz, mutta 16-bittinen koko voi tuottaa vain 500 KHz.
Joustava lähtö
NCO:n lähtö voidaan asettaa stabiiliin käyttöjaksoon, muuten pulssitaajuusmuotoon.
Toimii vähätehoisessa lepotilassa
Numeerisesti ohjattu oskillaattori voi toimia lepotilassa ja on riippumaton CPU:sta.
Useita kellolähteitä
Numeerisesti ohjattu oskillaattori voi käyttää no. kellolähteet sekä sisäiset että ulkoiset.
N-bittinen ajastin/laskuritoiminto
Numeerisesti ohjattua oskillaattoria voidaan käyttää myös yleiskäyttöisenä 20-bittisenä ajastimena/laskurina uudessa toimintatilassa.
NCO Oskillaattoriarkkitehtuuri
Numeerisesti ohjattu oskillaattoriarkkitehtuuri on esitetty alla. Tämä arkkitehtuuri sisältää kaksi pääosaa PA (vaiheakku) ja PAC (vaihe-amplitudimuunnin).
Vaiheakku lisää taajuuden ohjausarvon arvoon, joka pidetään sen lähdössä jokaisessa CLK-näytteessä. Vaihe-amplitudi-muunnin tarjoaa sovittavan amplitudinäytteen vaiheakun lähtösanan kanssa, kuten signaalinhakutaulukon indeksin. Joskus interpolointia käytetään yhdessä LUT:n kanssa tarkkuuden parantamiseksi sekä vaiheen virhekohinan vähentämiseksi. Numeerisesti ohjatussa oskillaattoriohjelmistossa voidaan käyttää matemaattisia proseduureja, kuten tehosarjoja, vaiheen muuttamiseksi amplitudiksi.
Kun PA tai vaiheakku on kellotettu, se yksinkertaisesti luo modulo 2^N sahahammassignaalin, jonka jälkeen se muutetaan PAC:n (vaihe-amplitudimuuntimen) kautta näytteitetyksi siniaaliseksi. Tässä 'N' on nro. kuljetetuista bitteistä vaiheakun sisällä.
Kuljetettujen bittien määrä, kuten 'N', määrittää oskillaattorin taajuusresoluution ja on yleensä paljon suurempi kuin no. bittejä, jotka kuvaavat PAC-hakutaulukon muistitilaa.
Jos vaihe-amplitudi-muuntimen kapasiteetti on 2^M, niin vaiheakun lähtösana tulee pienentää M-bitteihin yllä olevan kuvan mukaisesti. Mutta näitä bittejä käytetään interpolointiin. Vaihelähtösanan vähennys ei muuta taajuuden tarkkuutta, mutta se synnyttää ajassa vaihtelevan jaksollisen vaihevirheen, joka on pääasiallinen virhetuotteiden lähde.
Taajuustarkkuutta suhteessa CLK-taajuuteen rajoittaa vain vaiheen laskemiseen käytetyn matematiikan tarkkuus. Koska numeerisesti ohjatut oskillaattorit ovat vaihe- ja taajuustietoisia, ja niitä voidaan hieman muokata taajuusmoduloidun tai vaihemoduloidun lähdön muodostamiseksi summaamalla sopivassa solmussa, muutoin anna kvadratuurilähdöt.
Kuinka numeerisesti ohjattu oskillaattori toimii?
NCO-moduuli käyttää akun ylivuotoa tuottamaan lähtösignaalin. Joten akun ylivuotoa on ohjattu muokattavan lisäysarvon avulla yhden CLK-signaalin sijaan. Tämä tarjoaa etua yksinkertaiseen ajastinohjautuvaan laskuriin verrattuna, koska jakoaste ei muutu rajoitetun esiskaalaimen tai jälkiskaalausjakajan arvolla. Numeerisesti ohjattu oskillaattori on erittäin hyödyllinen sovelluksissa, joissa tarvitaan taajuustarkkuutta ja erinomaista resoluutiota kiinteällä käyttöjaksolla.
Numeerisesti ohjattu oskillaattori toimii yksinkertaisesti lisäämällä kiinteän arvon usein akkuun. Joten lisäyksiä tapahtuu CLK-tulonopeudella. Joskus akku vuotaa yli kuljetuksen, joka on raaka-NCO:n tulos. Tämä vähentää tehokkaasti CLK-tuloa sisällytetyn arvon ja akun korkeimman arvon suhteen.
Lisäksi NCO:n lähtöä voidaan muokata yksinkertaisesti venyttämällä pulssia. Sen jälkeen NCO:n muokattu lähtö jaetaan sisäisesti muille oheislaitteille ja valinnaisesti tulostetaan tulo-/lähtönastalle. Akun ylivuoto voi myös aiheuttaa keskeytyksen.
NCO-jakso muuttuu erillisissä vaiheissa keskimääräisen taajuuden muodostamiseksi. Joten tämä lähtö riippuu pääasiassa vastaanottopiirin kapasiteetista laskea NCO:n lähdön keskiarvo epävarmuuden vähentämiseksi.
NCO-moduulin ylivuoto riippuu pääasiassa seuraavasta kaavasta
Akun ylivuotonopeus = Akun ylivuotoarvo/tulon CLK-taajuus + lisäysarvo.
Mikä on vaiheakku?
Se on modulo-N-laskuri, joka sisältää 2^N digitaalista ehtoa, joita kasvatetaan jokaista järjestelmän kellosignaalia kohden. Inkrementin koko riippuu pääasiassa virityssanan arvosta ja M:tä sovelletaan akun summausasteeseen. Virityssana yksinkertaisesti korjaa laskurin askeleet askelkoon.
NCO-oskillaattorin edut
Numeerisesti ohjattujen oskillaattorien etuja ovat seuraavat.
- Numeerisesti ohjattu oskillaattori tarjoaa monia etuja muihin oskillaattorityyppeihin verrattuna vakauden, tarkkuuden ja luotettavuuden suhteen.
- Näillä oskillaattorilla on joustava arkkitehtuuri, joten ne mahdollistavat helposti ohjelmoitavuuden, kuten lennossa taajuuden tai vaiheen.
- Numeerisesti ohjatut oskillaattorit tarjoavat useita etuja muihin verrattuna oskillaattorityypit ketteryyden, tarkkuuden, vakauden ja luotettavuuden suhteen.
- NCO:n edut antavat suunnittelijoille mahdollisuuden suunnitella levyjä nopeammin, vähentää virrankulutusta, säästää kiinteistötilaa ja alentaa kustannuksia.
NCO-oskillaattorin käyttö
Numeerisesti ohjattujen oskillaattorien sovelluksia ovat seuraavat.
- Numeerisesti ohjattua oskillaattoria voidaan käyttää, kun vaaditaan korkean taajuuden tarkkuutta, lineaarista taajuuden ohjausta ja erinomaista resoluutiota kiinteässä käyttöjaksossa, kuten liitäntälaite ja valaistuksen ohjaus, resonanssivirtalähteet ja äänigeneraattorit.
- NCO:t ovat normaaleja digitaalisia piirejä, joita käytetään monenlaisissa ajoitussovelluksissa, kuten nopeuden muuntamisessa, taajuussynteesissä ja CLK:n generoinnissa.
- NCO:ta käytetään pääasiassa tärkeimpien signaalien, kuten sini-, kosini-, LFM- tai lineaarinen taajuusmoduloitu, Gaussian, generointiin SoC:issa.
- NCO-moduuli on ajastin, joka tuottaa lähtösignaalin käyttämällä akun ylivuotoa.
- Nämä ovat erittäin merkittäviä radiovirityspiireissä, valaistuksen ohjauksessa, loisteputkissa, äänigeneraattoreissa ja D-luokan audiovahvistimissa.
- Näitä käytetään usein yhdessä DAC:n kanssa o/p:ssä DDS:n (direct digital synthesizer) suunnittelussa.
- Tämä on digitaalinen taajuusgeneraattori, jota käytetään oskillaattorin kohinaisen i/p-signaalin puhdistamiseen.
Tämä on lineaarisella taajuudella ohjelmoitava generaattori, jota käytetään tuottamaan jopa 32 MHz taajuuksia.
Näin ollen tässä kaikessa on kyse Yleiskatsaus normaalisti ohjatusta oskillaattorista joka toimii yksinkertaisesti sisällyttämällä lisäyksen jokaisen tulokellosignaalin kasvavaan reunaan sisäiseen varaajaan. Joten NCO:n lähtötaajuus on verrannollinen no. akun ylivuoto saa aikaan. Tässä on sinulle kysymys, mikä on oskillaattori?
