Un sistem DSP necesită o formă de undă sinusoidală sau o altă generare periodică a formei de undă. O metodă utilizată pentru generarea acestor forme de undă implică în principal „NCO-urile (oscilatoare controlate numeric), în care un acumulator digital este utilizat pentru a produce adresa într-un LUT sinusoid (tabel de căutare). Sistemul este foarte comun atât în software cât și în hardware. Deci, permite schimbări imediate în frecvența/faza instantanee a formei de undă generate, menținând în același timp o proprietate constantă a fazei în ieșire. Odată ce este încorporat cu a DAC pentru a genera o formă de undă analogică o/p, atunci sistemul este cunoscut sub numele de DDS sau Direct Digital Synthesizer. Deci, acest articol discută o prezentare generală a unui oscilator controlat numeric sau NCO – lucrul cu aplicații.
Ce este un oscilator controlat numeric?
Un oscilator controlat numeric este un generator de semnal digital care generează o formă de undă sincronă, în timp discret și cu valori discrete, care sunt, în general, sinusoidală, unde frecvența sau faza semnalului este controlată în proiect. Aceste oscilatoare sunt frecvent combinate cu un DAC (convertor digital-analogic) la ieșire pentru a face un DDS direct sau un sintetizator digital. NCO oferă multe beneficii față de alte tipuri de oscilatoare în ceea ce privește precizia, agilitatea, fiabilitatea și stabilitatea. Deci, amplificatoarele audio de clasa D, generatoarele de tonuri, controlul luminii, balasturile fluorescente și circuitele de reglare radio beneficiază toate de NCO. Un oscilator controlat numeric este utilizat în diverse sisteme de comunicații, cum ar fi sisteme radar, PLL-uri digitale, sisteme radio, drivere PSK/ multinivel. FSK modulatoare sau demodulatoare și multe altele.
Caracteristici
Caracteristicile oscilatoarelor controlate numeric includ următoarele.
Frecvența de ieșire
Frecvența de ieșire generată de NCO este mare, ceea ce depinde în principal de nr. de biți De exemplu; o dimensiune de 20 de biți generează până la 32 MHz, cu toate acestea, o dimensiune de 16 biți poate genera doar 500 KHz.
Ieșire flexibilă
Ieșirea NCO poate fi setată la un ciclu de lucru stabil, altfel la o formă de frecvență a impulsurilor.
Funcționează în regim de repaus cu putere redusă
Oscilatorul controlat numeric poate rula în modul de repaus și este independent de CPU.
Mai multe surse de ceas
Oscilatorul controlat numeric poate folosi un nr. a surselor de ceas atât interne cât și externe.
Funcționalitate cronometru/contor pe N-biți
Oscilatorul controlat numeric poate fi, de asemenea, utilizat ca un cronometru/contor de uz general pe 20 de biți într-un nou mod de lucru.
Arhitectura oscilatorului NCO
Arhitectura oscilatorului controlat numeric este prezentată mai jos. Această arhitectură include două părți principale PA (acumulator de fază) și PAC (convertor fază-la-amplitudine).
Un acumulator de fază adaugă o valoare de control al frecvenței la valoarea păstrată la ieșire la fiecare probă CLK. Un convertor fază-amplitudine oferă o probă de amplitudine potrivită cu cuvântul de ieșire al acumulatorului de fază ca un index într-un tabel de căutare a semnalului. Uneori, interpolarea este utilizată în combinație cu LUT pentru a îmbunătăți acuratețea și pentru a reduce zgomotul de eroare al fazei. În software-ul oscilatorului controlat numeric, procedurile matematice, cum ar fi seria de putere, pot fi utilizate pentru a transforma faza în amplitudine.
Odată tactat, PA sau acumulatorul de fază pur și simplu creează un semnal modulo 2^N dinți de ferăstrău, după care este schimbat prin PAC (convertor de fază în amplitudine) într-o sinusoidă eșantionată. Aici „N” este nr. de biți transportați în acumulatorul de fază.
Numărul de biți transportați precum „N” stabilește rezoluția de frecvență a oscilatorului și este de obicei mult mai mare în comparație cu nr. de biți care descriu spațiul de memorie al tabelului de căutare PAC.
Dacă capacitatea convertorului de fază la amplitudine este de 2^M, atunci cuvântul de ieșire al acumulatorului de fază ar trebui redus la M-biți, așa cum se arată în figura de mai sus. Dar acești biți sunt folosiți pentru interpolare. Reducerea cuvântului de ieșire de fază nu modifică acuratețea frecvenței, dar generează o eroare de fază periodică care variază în timp, fiind principala sursă de produse false.
Precizia frecvenței în raport cu frecvența CLK este limitată doar de precizia matematicii utilizate pentru a calcula faza. Deoarece oscilatorii controlați numeric sunt conștienți de fază și frecvență și pot fi ușor modificați pentru a genera o ieșire modulată în frecvență sau modulată în fază prin însumare la nodul potrivit, altfel dați ieșiri în cuadratura.
Cum funcționează un oscilator controlat numeric?
Modulul NCO folosește depășirea unui acumulator pentru a genera un semnal de ieșire. Deci, depășirea acumulatorului a fost controlată printr-o valoare incrementală modificabilă în loc de doar un singur semnal CLK. Acest lucru oferă un avantaj față de un contor simplu comandat de temporizator, prin aceea că gradul de divizare nu se modifică de valoarea limitată a divizorului Prescaler sau postscaler. Oscilatorul controlat numeric este foarte util în aplicațiile în care este necesară acuratețea frecvenței și rezoluția excelentă la un ciclu de lucru fix.
Oscilatorul controlat numeric funcționează pur și simplu prin adăugarea frecventă a unei valori fixe la un acumulator. Deci, adăugările vor avea loc la rata CLK de intrare. Uneori, acumulatorul va revărsa printr-un transport, care este rezultatul NCO brut. Acest lucru scade eficient CLK de intrare prin raportul dintre valoarea inclusă și cea mai mare valoare a acumulatorului.
Mai mult, ieșirea NCO poate fi modificată prin simpla întindere a pulsului. După aceea, ieșirea modificată a NCO este distribuită intern către alte periferice și, opțional, ieșită la un pin de intrare/ieșire. Depășirea acumulatorului poate produce și o întrerupere.
Perioada NCO se modifică în etape separate pentru a genera o frecvență medie. Deci, această ieșire depinde în principal de capacitatea circuitului de recepție de a medie producția NCO pentru a reduce incertitudinea.
Depășirea modulului NCO depinde în principal de următoarea formulă
Rata de depășire a acumulatorului = valoarea de depășire a acumulatorului/frecvența CLK de intrare + valoarea de creștere.
Ce este un acumulator de fază?
Este un contor modulo-N care include 2^N condiții digitale care sunt crescute pentru fiecare semnal de intrare de ceas al sistemului. Mărimea incrementului depinde în principal de valoarea cuvântului de acordare, iar M este aplicat etapei de adunare a acumulatorului. Cuvântul de reglare fixează pur și simplu incrementele contorului în dimensiunea pasului.
Avantajele oscilatorului NCO
Avantajele oscilatorului controlat numeric includ următoarele.
- Un oscilator controlat numeric oferă multe beneficii în comparație cu alte tipuri de oscilatoare în ceea ce privește stabilitatea, acuratețea și fiabilitatea.
- Aceste oscilatoare au o arhitectură flexibilă, astfel încât să permită cu ușurință programabilități cum ar fi frecvența sau faza din mers.
- Oscilatoarele controlate numeric oferă mai multe avantaje față de altele tipuri de oscilatoare în termeni de agilitate, precizie, stabilitate și fiabilitate.
- Beneficiile NCO permit designerilor să proiecteze plăci mai rapid, să reducă consumul de energie, să economisească spațiu imobiliar la bord și să reducă costurile.
Utilizări ale oscilatorului NCO
Aplicațiile oscilatoarelor controlate numeric includ următoarele.
- Oscilatorul controlat numeric este aplicabil acolo unde este necesară acuratețea de înaltă frecvență, controlul liniar al frecvenței și rezoluția excelentă la un ciclu de lucru fix, cum ar fi controlul balastului și al luminii, sursele de alimentare rezonante și generatoarele de ton.
- NCO-urile sunt circuite digitale normale care sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații de sincronizare, cum ar fi conversia ratei, sinteza frecvenței și generarea CLK.
- Un NCO este utilizat în principal pentru generarea de semnale majore pe cip, cum ar fi sinus, cosinus, LFM sau modulat în frecvență liniară, gaussian în SoC.
- Modulul NCO este un temporizator care generează un semnal de ieșire prin utilizarea depășirii unui acumulator.
- Acestea sunt foarte semnificative în aplicațiile circuitelor de reglare radio, controlul luminii, balasturi fluorescente, generatoare de ton și amplificatoare audio de clasa D.
- Acestea sunt folosite adesea în combinație cu un DAC la o/p pentru a proiecta un DDS (sintetizator digital direct).
- Acesta este un generator digital de frecvență, utilizat pentru curățarea unui semnal i/p zgomotos al unui oscilator.
Acesta este un generator programabil de frecvență liniară utilizat pentru a produce frecvențe de până la 32 MHz.
Astfel, despre asta este vorba o privire de ansamblu asupra unui oscilator controlat normal care funcționează prin simpla includere a unui increment la un acumulator interior pe marginea crescătoare a fiecărui semnal de ceas de intrare. Deci, frecvența de ieșire a NCO este proporțională cu nr. de cicluri pe care le primește acumulatorul să se reverse. Iată o întrebare pentru tine, ce este un oscilator?
