Sintetizator de calcul digital
Un sintetizator digital computațional (DDS ), cunoscut și sub numele de circuit de sinteză digitală directă (DDS), este un dispozitiv electronic conceput pentru a sintetiza forme de undă și frecvențe arbitrare dintr-o singură frecvență de referință furnizată de un generator de ceas . O trăsătură caracteristică a DDS este că mostrele semnalului sintetizat sunt calculate prin metode digitale, după care sunt transferate într-un convertor digital-analogic (DAC), unde sunt convertite într- o formă analogică ( tensiune sau curent ). .
În acest sens, DDS diferă de sintetizatoarele de frecvență bazate pe alte principii, de exemplu, PLL .
Cum funcționează
Principalele blocuri funcționale ale unui DDS sunt: un acumulator de fază, un convertor fază-amplitudine, un DAC și un filtru trece-jos . De asemenea, DDS conține o anumită cantitate de memorie care servește la stocarea parametrilor semnalului sintetizat, cum ar fi frecvența , fază , amplitudine , formă etc.
În fiecare ciclu al frecvenței de referință, acumulatorul de fază (de obicei un contor binar) își mărește valoarea cu valoarea scrisă în celula de memorie, numărul scris în care se numește de obicei increment de fază. Ca urmare, valoarea acumulatorului de fază crește liniar cu timpul. Apoi, valoarea fazei calculată în acest fel în fiecare ciclu este convertită într-o valoare a amplitudinii. În principiu, această transformare poate fi arbitrară și depinde de aplicație. În cel mai frecvent caz în practică, pentru sinteza oscilațiilor armonice se calculează sinusul valorii fazei curente. Rezultatul calculului este transmis la intrarea DAC, al cărui semnal de ieșire este netezit din etapele de eșantionare printr-un filtru trece-jos.
Caracteristici
Una dintre caracteristicile importante ale unor astfel de dispozitive este rezoluția ridicată de setare a valorilor frecvențelor reproductibile și precizia lor absolută (presupunând că oscilatorul principal este ideal). Dispozitivele sunt disponibile cu un pas de acord mai mic de 0,00001 Hz, cu frecvențe de ieșire de la zero herți la sute de megaherți și o frecvență de referință de ordinul unui gigaherți [1] [2] .
Viteza (timpul) de reglare a frecvenței de ieșire de la o valoare la alta este foarte mare și stabilă și este determinată în principal doar de durata răspunsului la impuls al filtrului de recuperare analogic la ieșirea sintetizatorului; restructurarea în sine are loc practic instantaneu. Timpul de acordare nu depinde de diferența dintre frecvențele inițiale și cele finale. Unele sintetizatoare de acest tip oferă, printre altele, increment liniar automat sau salt de frecvență . În acest caz, incrementul de fază nu este constant, ci variază în funcție de o lege dată.
Ca dezavantaj, se poate evidenția un consum mai mare de energie în comparație cu soluțiile PLL datorită cantității mari de calcule și un nivel mai ridicat de componente parasite nearmonice în spectrul semnalului sintetizat.
Implementare practică
Un exemplu clar de implementare a principiului descris poate fi următorul cod în limbajul C :
#include <math.h> int next_amp ( int dph ) { static int faza = 0 ; int amp ; faza += dph ; amp = 511,5 * sin ( 2 * M_PI * fază / 0x100000000L ); întoarcere & ; }Aici dph este incrementul de fază, faza este faza curentă (instantanee), amp este amplitudinea curentă (instantanee) a semnalului armonic sintetizat. Dacă funcția next_amp este apelată cu frecvența de ceas , atunci valorile sale returnate vor fi mostre ale unui semnal sinusoidal cu o frecvență și amplitudine de 511,5 (în ciuda faptului că valorile returnate însele sunt numere întregi). Această amplitudine corespunde domeniului de intrare a unui DAC pe 10 biți.
Aici este folosită și proprietatea de periodicitate a funcției sinus și anume faptul că atunci când acumulatorul de fază depășește , valoarea acestuia se modifică cu 2 32 , iar argumentul sinus se modifică cu 2π, ceea ce nu afectează rezultatul.