Контрольная работа: Цифровий синтез частоти
Структурна схема такого синтезатора показана на рисунку 2. Виявлення помилки забезпечує фазовий детектор (ФД), який працює на певній частоті FC, званою частотою порівняння. Ця частота виходить шляхом розподілу частоти опорного генератора G на N. Частота вихідного сигналу спочатку ділиться на M, а потім порівнюється з частотою FC.
При відхиленні частоти на виході ФД з'являється управляюча напруга, що впливає на управляючий елемент VCO до зникнення відхилення.
Оскільки дільники частоти мають цілі коефіцієнти розподілу, крок сітки такого синтезатора визначає частота порівняння. Вихідна частота визначається по формулі:
FOUT = FCxM = (FCLK/N)xM = FCLKx(N/M),
де FOUT — вихідна частота; FC — частота порівняння; N — коефіцієнт розподілу опорної частоти; M — коефіцієнт розподілу вихідної частоти.
Рисунок 2. Синтезатор частоти на основі PLL
Іншими словами, PLL-синтезатор умножає опорну частоту в N/M раз. Коефіцієнти N і M можуть задаватися мікроконтролером, хоча на практиці число N при перебудові міняють рідко, оскільки це спричиняє за собою зміну частоти порівняння (і, відповідно, кроку сітки) і вимагає зміни параметрів фільтру.
Фазовий детектор є джерелом додаткових фазових шумів. Спроба одержати малий крок перебудови частоти вимушує працювати на нижчій частоті порівняння, що вимагає пониження частоти зрізу фільтру. А це ще більш збільшує фазові шуми.
Швидку перебудову частоти в такому синтезаторі забезпечити також дуже складно.
Для отримання малого кроку перебудови по частоті іноді об'єднують в одному синтезаторі декілька петель PLL. Проте багатопетлевий PLL-синтезатор є вельми дорогим і громіздким пристроєм, що стримує його широке застосування.
Прямий цифровий синтез (DDS)
Прямий цифровий синтез — відносно новий метод синтезу частоти, що з'явився на початку 70-х років минулого століття. Всі описані методи синтезу доступні розробникам вже десятиліття, але лише останнім часом DDS приділяється пильна увага.
Поява дешевих мікросхем з DDS і зручних засобів розробки робить їх сьогодні привабливими для різних сфер застосування.
DDS унікальні своєю цифровою визначеністю — сигнал, що генерується ними, синтезується з властивою цифровим системам точністю. Частота, амплітуда і фаза сигналу у будь-який момент часу точно відомі і підконтрольні. DDS практично не схильні до температурного дрейфу і старіння.
Єдиним елементом, який володіє властивою аналоговим схемам нестабільністю, є ЦАП. Високі технічні характеристики стали причиною того, що останнім часом DDS витісняють звичні аналогові синтезатори частот. Основні переваги DDS:
- дуже високий дозвіл по частоті і фазі, управління якими здійснюється в цифровому вигляді;
- екстремально швидкий перехід на іншу частоту (або фазу), перебудова по частоті без розриву фази, без викидів і інших аномалій, зв'язаних з часом встановлення;
- архітектура, заснована на DDS, зважаючи на дуже мале кроку перебудови по частоті, виключає необхідність застосування точного підстроювання опорної частоти, а також забезпечує Спроможність параметричної температурної компенсації;
- цифровий інтерфейс дозволяє легко реалізувати мікроконтроллерноє управління;
- для синтезаторів квадратури є DDS з I і Q виходами, які працюють погоджено.
Частотний дозвіл DDS складає соті і навіть тисячні частки герца при вихідній частоті десятків мегагерц. Такий дозвіл недосяжний для інших методів синтезу.
Іншою характерною особливістю DDS є дуже висока швидкість переходу на іншу частоту. Синтезатори на основі PLL використовують зворотний зв'язок і фільтрацію сигналу помилки, що уповільнює процес перебудови частоти.
Для DDS швидкість перебудови обмежена практично лише швидкодією цифрового управляючого інтерфейсу. Більш того, всі перебудови по частоті в DDS відбуваються без розриву фази вихідного сигналу. Оскільки вихідний сигнал синтезується в цифровому вигляді, дуже просто можна здійснити модуляцію різних видів.
Параметри синтезатора частоти дуже важливі для апаратури зв'язку. Будучи серцем системи настройки, синтезатор в основному визначає споживацькі властивості конкретного апарату.
Як з технічною, так і з економічної сторони DDS задовольняє більшості критеріїв ідеального синтезатора частоти: простий, високо інтегрований, з малими габаритами.
Крім того, багато параметрів DDS, що управляється програмою, що дозволяє закласти в пристрій нові можливості. Сучасні DDS використовують субмікронну CMOS-технологію, логіку трьох вольт, мініатюрні корпуси.
Одночасно постійно знижуються ціни на них. Все це робить DDS дуже перспективними приладами.
З процесами дискретизації і цифро-аналогового перетворення, який має місце в DDS, зв'язані і деякі обмеження:
- максимальна вихідна частота не може бути вищим за половину тактовою (на практиці вона ще менше). Це обмежує області застосування DDS областями HF і частини VHF-діапазону;