Цифровий синтез частоти (стр. 2 из 2)

Якщо відразу розглядати реальну структуру конкретного DDS, то вона може показатися необґрунтовано складною і заплутаною. Для того, щоб та або інша особливість структури DDS була очевидною, почнемо розгляд з кінцевого результату, який потрібно одержати.

Задача DDS — одержати на виході сигнал синусоїдальної форми заданої частоти. Оскільки в DDS формування вихідного сигналу відбувається в цифровій формі, абсолютно очевидна необхідність цифро-аналогового перетворення.

Це означає, що в структурі DDS повинен бути ЦАП. У будь-якому випадку на виході ЦАП повинен бути присутнім ФНЧ для придушення образів вихідного спектру, що повторюються з періодичністю FCLK (anti-aliasing filter).

Для отримання синусоїдального сигналу на вхід ЦАП необхідно подати послідовність відліків функції sin, наступних з частотою дискретизації FCLK. Закон зміни функції sin в часі складний і цифровими методами просто не реалізується.

Можна, звичайно, використовуючи поліноміальну уяву, обчислювати значення функції sin за допомогою АЛУ. Проте такий метод навряд буде швидкодійним, а висока швидкодія якраз є однією з основних вимог до DDS.

Тому найбільш відповідним методом формування відліків функції sin є табличний метод. Таблиця, яка перекудує (Look Up Table) найчастіше розміщується в ПЗП.

Код, який подається на адресні входи ПЗП, є аргументом функції sin, а вихідний код ПЗП рівний значенню функції для даного аргументу. Аргумент функції sin або фаза, на відміну від значення функції, міняється в часі лінійно.

Сформувати лінійно змінну в часі послідовність кодів набагато простіше.

Це здатний зробити простий двійковий лічильник. Тому простий DDS виглядає так: двійковий лічильник формує адресу для ПЗП, куди записана таблиця одного періоду функції sin, відліки з виходу ПЗП поступають на ЦАП, який формує на виході синусоїдальний сигнал, що піддається фільтрації у ФНЧ і поступає на вихід (рисунок 4). Для зміни вихідної частоти використовується дільник із змінним коефіцієнтом розподілу, на вхід якого поступає тактовий сигнал з опорного генератора.

Рисунок 3. – Простий прямий цифровий синтезатор

Така структура DDS має очевидні недоліки. Основним з них є незадовільна здібність до перебудови по частоті. Дійсно, оскільки тактова частота випробовує розподіл на ціле число, крок перебудови буде змінним, причому чим менше коефіцієнт розподілу, тим більше відносна величина кроку.

Цей крок буде неприпустимо грубим при малих коефіцієнтах розподілу.

Крім того, при перебудові вихідної частоти мінятиметься і частота дискретизації. Це утрудняє фільтрацію вихідного сигналу, а також веде до неоптимального використовування швидкісних характеристик ЦАП — вони будуть повною мірою використані лише на максимальній вихідній частоті.

Набагато легше завжди, незалежно від вихідної частоти, працювати на постійній частоті дискретизації, близької до максимальної для використовуваного ЦАП.

Рисунок 4. - Прямий цифровий синтезатор на основі накопичувального суматора