Синтезаторы частот. Методы прямого и косвенного синтеза - Реферат

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТЕще несколько лет назад прямые цифровые синтезаторы частоты (Direct Digital Synthesizers, DDS) были диковинкой и имели ограниченную область применения. Несмотря на то, что в настоящее время наиболее популярны синтезаторы на основе фазовой автоподстройки частоты (PLL), все чаще применяются прямые цифровые синтезаторы, имеющие ряд уникальных возможностей. Наиболее распространенными являются следующие методы синтеза частот: · прямой аналоговый синтез (Direct Analog Synthesis, DAS) на основе структуры смеситель/фильтр/делитель, при котором выходная частота получается непосредственно из опорной частоты посредством операций смешения, фильтрации, умножения и деления; · косвенный (indirect) синтез на основе фазовой автоматической подстройки частоты (Phase Locked Loop, PLL), при котором выходная частота формируется с помощью дополнительного генератора (чаще всего это генератор, управляемый напряжением - Voltage Controlled Oscillator, VCO), охваченного петлей ФАПЧ; К основным параметрам, характеризующим качество синтезатора частоты, относятся: · чистота спектра выходного сигнала (уровень побочных компонентов и уровень шума);В любом случае на выходе ЦАП должен присутствовать ФНЧ для подавления образов выходного спектра, повторяющихся с периодичностью (anti-aliasing filter). Аргумент функции sin или фаза, в отличие от значения функции, меняется во времени линейно. Поэтому простейший DDS выглядит так: двоичный счетчик формирует адрес для ПЗУ, куда записана таблица одного периода функции sin, отсчеты с выхода ПЗУ поступают на ЦАП, который формирует на выходе синусоидальный сигнал, подвергающийся фильтрации в ФНЧ и поступающий на выход (рис. Это частота определяется формулой: где - выходная частота; - тактовая частота; M - код частоты; N - разрядность аккумулятора фазы. Из этого соотношения следует еще одно уникальное свойство синтезатора частоты на основе накапливающего сумматора: если увеличить разрядность N, то уменьшится шаг перестройки частоты.Важнейшими характеристиками источника тактового сигнала являются нестабильность частоты (в PPM), джиттер (в пико-или наносекундах) и фазовый шум (в DBC/Гц, то есть относительно уровня несущей). Источник тактового сигнала DDS является главным источником фазовых шумов, даже несмотря на эффект их уменьшения в процессе деления частоты в DDS (рис. Фазовый шум выходного сигнала DDS теоретически меньше фазового шума тактового сигнала на 20log( ) ДБ. Если источник тактового сигнала имеет меньшие фазовые шумы, на выходе DDS все равно не может быть получено их меньшее значение. Однако использование умножения тактовой частоты не всегда желательно, так как при этом фазовый шум тактового сигнала увеличивается во столько же раз, во сколько раз умножается частота.Выше приводилась формула, связывающая тактовую частоту, код частоты и разрядность аккумулятора фазы с выходной частотой. Поскольку N и M - целые числа, из формулы следует, что требуемая выходная частота, например 20 МГЦ, точно может быть получена далеко не всегда. В то же время может быть получена весьма близкая частота, отстоящая от требуемой не далее шага перестройки, например 19,9999999954 МГЦ или 20,000000009 МГЦ.Для того чтобы перестроить DDS по частоте, необходимо перезагрузить регистр частоты. Учитывая его высокую разрядность, это требует затрат времени микроконтроллера, особенно если DDS имеет последовательную шину управления. Поэтому скорость перестройки DDS по частоте определяется в основном быстродействием его цифрового интерфейса.Усечение кода фазы является внутренней операцией DDS и извне изменить ничего нельзя. Более того, эта погрешность является периодической, так как в зависимости от кода частоты состояния аккумулятора фазы повторяются чаще или реже. В результате в спектре выходного сигнала появляются отдельные составляющие, вызванные усечением кода фазы. На распределение фаз и амплитуд этих составляющих влияют три фактора: · разрядность аккумулятора фазы (A бит); При некоторых значениях кода частоты составляющие, вызванные усечением кода фазы, отсутствуют вовсе, в то время как при некоторых других значениях кода частоты эти составляющие имеют максимальный уровень.

Оглавление

1. Введение

2. Прямой аналоговый синтез (DAS)

3. Косвенный синтез частоты на основе фазовой автоподстройки (PLL)

4. Прямой цифровой синтез (DDS)

4.1 Структура DDS

4.2 Источник тактового сигнала

4.3 Значение выходной частоты и частотное разрешение

4.4 Скорость перестройки частоты

4.5 Усечение кода фазы

5. Список литературы