Показать меню

Цифровой вычислительный синтезатор

11.12.2020
248

Цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС), известный еще как схема прямого цифрового синтеза (DDS) — электронный прибор, предназначенный для синтеза сигналов произвольной формы и частоты из единственной опорной частоты, поставляемой генератором тактовых импульсов. Характерной особенностью ЦВС является то, что отсчеты синтезируемого сигнала вычисляются цифровыми методами, после чего передаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), где и происходит их преобразование в аналоговую форму (напряжение или ток).

Этим ЦВС отличается от синтезаторов частоты, основанных на иных принципах, например, ФАПЧ.

Принцип действия

Основными функциональными блоками ЦВС являются: аккумулятор фазы, преобразователь фаза-амплитуда, ЦАП и фильтр нижних частот. Также, ЦВС содержит некоторое количество памяти, служащей для хранения параметров синтезируемого сигнала, таких как частота, фаза, амплитуда форма и др.

В каждом такте опорной частоты аккумулятор фазы (как правило, двоичный счетчик) увеличивает своё значение на величину, записанную в ячейку памяти, число, записанное в которой обычно называют приращение фазы. В результате, значение аккумулятора фазы ступенчато-линейно увеличивается со временем. Затем, вычисленное таким образом в каждом такте значение фазы преобразуется в значение амплитуды. В принципе, данное преобразование может быть произвольным и зависит от приложения. В наиболее распространенном на практике случае, для синтеза гармонических колебаний, вычисляется синус текущего значения фазы. Результат вычисления подается на вход ЦАП, выходной сигнал которого сглаживается от ступенек дискретизации фильтром нижних частот.

Особенности

Одной из важных особенностей таких устройств является высокая разрешающая способность задания значений воспроизводимых частот и их абсолютная точность (полагая задающий генератор идеальным). Доступны устройства с шагом перестройки менее 0.00001 Гц, при выходных частотах от нуля герц до сотен мегагерц и опорной частоте порядка гигагерца.

Скорость (время) перестройки выходной частоты с одного значения на другое очень высока и стабильна, и определяется, в основном, только длительностью импульсной характеристики аналогового восстанавливающего фильтра на выходе синтезатора; сама же перестройка происходит фактически моментально. Время перестройки не зависит от разности между начальной и конечной частотами. В некоторых синтезаторах такого типа предусмотрен, в том числе, автоматический линейный инкремент или хоппинг частоты. При этом приращение фазы не постоянно, а изменяется по заданному закону.

Как недостаток можно указать более высокое, по сравнению с решениями на ФАПЧ, энергопотребление из-за большого объёма вычислений, и более высокий уровень негармонических паразитных составляющих в спектре синтезируемого сигнала.

Практическая реализация

Наглядным примером реализации описанного принципа может служить следующий код на языке C:

#include <math.h> int next_amp(int dph) { static int phase=0; int amp; phase+=dph; amp=511.5*sin(2*M_PI*phase/0x100000000L); return amp; }

Здесь dph — приращение фазы, phase — текущая (мгновенная) фаза, amp — текущая (мгновенная) амплитуда синтезированного гармонического сигнала. Если функция next_amp вызывается с тактовой частотой F c {displaystyle F_{c}} , то её возвращаемые значения будут представлять собой выборки синусоидального сигнала с частотой F c ⋅ d p h 2 32 {displaystyle F_{c}cdot dph over 2^{32}} и амплитудой 511.5 (при том, что сами возвращаемые значения - целочисленные). Эта амплитуда соответствует диапазону входных значений 10-разрядного ЦАП.

Здесь также использовано свойство периодичности функции синуса, а именно тот факт, что при переполнении аккумулятора фазы phase, его значение изменяется на 232, а аргумент синуса — на 2π, что не влияет на результат.

История

Промышленные изделия

  • AD9833
  • AD9858
  • AD9912
  • 1508ПЛ8Т

Типичные приложения

Еще по этой теме:
Корреляционный фильтр
04:20, 11 декабрь
Корреляционный фильтр
Корреляционный фильтр — радиоэлектронное устройство, используемое для обнаружения сигнала заданной формы среди шума. Структура корреляционного фильтра Корреляционный фильтр представляет собой
Квадратурный зеркальный фильтр
06:59, 10 декабрь
Квадратурный зеркальный фильтр
Квадратурный зеркальный фильтр ( англ. Quadrature Mirror Filter - QMF) – это фильтр, чья амплитудная характеристика представляет собой зеркальное отражение относительно
Электрический импульс
14:31, 09 декабрь
Электрический импульс
Электрический импульс — кратковременный всплеск электрического напряжения или силы тока в определённом, конечном временном промежутке. Различают видеоимпульсы — единичные колебания какой-либо формы и
Сигнальное созвездие
15:55, 05 декабрь
Сигнальное созвездие
Сигнальное созвездие (англ. constellation diagram) — представление всевозможных значений комплексной амплитуды манипулированных радиосигналов на комплексной плоскости. Описание Всевозможные
Гармонический состав
19:09, 03 декабрь
Гармонический состав
Гармонический состав тока определяет его форму сигнала и содержит в себе основную и побочные, высокочастотные гармоники, которые накладываются друг на друга. На данный момент развитие тяговых
Фазотрон
15:12, 03 декабрь
Фазотрон
Фазотрон (от фаза + электрон), синхроциклотрон (от синхронизация + цикл + электрон) — циклический ускоритель тяжёлых заряженных частиц (протонов, дейтронов, ионов и др.), в котором магнитное поле
Комментарии:
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail: