Un sistema DSP necessita della forma d'onda sinusoidale o di un'altra generazione di forme d'onda periodiche. Un metodo utilizzato per generare queste forme d'onda riguarda principalmente gli 'NCO (oscillatori a controllo numerico), in cui viene utilizzato un accumulatore digitale per produrre l'indirizzo in una sinusoidale LUT (tabella di ricerca). Il sistema è molto comune sia nel software che nell'hardware. Quindi consente cambiamenti immediati all'interno della frequenza/fase istantanea della forma d'onda generata mantenendo una proprietà di fase costante all'interno dell'uscita. Una volta incorporato con a DAC per generare una forma d'onda o/p analogica, il sistema è noto come DDS o Direct Digital Synthesizer. Quindi questo articolo discute una panoramica di a oscillatore a controllo numerico o NCO – lavorare con le applicazioni.
Che cos'è un oscillatore a controllo numerico?
Un oscillatore a controllo numerico è un generatore di segnali digitali che genera una forma d'onda sincrona, a tempo discreto e a valori discreti che sono generalmente sinusoidali in cui la frequenza o la fase del segnale è controllata nel progetto. Questi oscillatori sono spesso combinati con un DAC (convertitore digitale-analogico) in uscita per realizzare un DDS diretto o un sintetizzatore digitale. Gli NCO offrono molti vantaggi rispetto ad altri tipi di oscillatori in termini di precisione, agilità, affidabilità e stabilità. Quindi, gli amplificatori audio di classe D, i generatori di suoni, il controllo dell'illuminazione, i reattori fluorescenti e i circuiti di sintonizzazione radio beneficiano tutti dei sottufficiali. Un oscillatore a controllo numerico viene utilizzato in vari sistemi di comunicazione come sistemi radar, PLL digitali, sistemi radio, driver multilivello PSK/ FSK modulatori o demodulatori e molti altri.
Caratteristiche
Le caratteristiche degli oscillatori a controllo numerico includono quanto segue.
Frequenza di uscita
La frequenza di uscita generata da NCO è elevata e dipende principalmente da n. di bit Per esempio; una dimensione di 20 bit genera fino a 32 MHZ, tuttavia, una dimensione di 16 bit può generare solo 500 KHz.
Uscita flessibile
L'uscita di NCO può essere impostata su un ciclo di lavoro stabile oppure su una forma a frequenza di impulso.
Funziona in modalità di sospensione a basso consumo
L'oscillatore a controllo numerico può funzionare in modalità sleep ed è indipendente dalla CPU.
Diverse sorgenti di clock
L'oscillatore a controllo numerico può utilizzare un n. di sorgenti di clock sia interne che esterne.
Funzionalità timer/contatore a n bit
L'oscillatore a controllo numerico può anche essere utilizzato come timer/contatore a 20 bit generico all'interno di una nuova modalità di lavoro.
Architettura dell'oscillatore NCO
Di seguito è mostrata l'architettura dell'oscillatore a controllo numerico. Questa architettura comprende due parti principali PA (accumulatore di fase) e PAC (convertitore fase-ampiezza).
Un accumulatore di fase aggiunge un valore di controllo della frequenza al valore mantenuto alla sua uscita ad ogni campione CLK. Un convertitore fase-ampiezza fornisce un campione di ampiezza corrispondente con la parola di uscita dell'accumulatore di fase come un indice in una tabella di ricerca del segnale. A volte, l'interpolazione viene utilizzata in combinazione con la LUT per migliorare la precisione e ridurre il rumore di errore della fase. Nel software dell'oscillatore a controllo numerico, è possibile utilizzare procedure matematiche come le serie di potenze per tradurre la fase in ampiezza.
Una volta sincronizzato, il PA o l'accumulatore di fase crea semplicemente un segnale a dente di sega modulo 2^N, dopodiché viene modificato attraverso il PAC (convertitore da fase ad ampiezza) in una sinusoide campionata. Qui 'N' è il n. di bit trasportati all'interno dell'accumulatore di fase.
Il numero di bit trasportati come 'N' imposta la risoluzione in frequenza dell'oscillatore e di solito è molto più alto rispetto al n. di bit che descrivono lo spazio di memoria della tabella di ricerca PAC.
Se la capacità del convertitore da fase ad ampiezza è 2^M, la parola di uscita dell'accumulatore di fase dovrebbe essere ridotta a M bit come mostrato nella figura sopra. Ma questi bit sono usati per l'interpolazione. La riduzione della parola di uscita di fase non modifica la precisione della frequenza ma genera un errore di fase periodico variabile nel tempo che è la principale fonte di prodotti spuri.
La precisione della frequenza relativa alla frequenza CLK è limitata solo dalla precisione della matematica utilizzata per calcolare la fase. Poiché gli oscillatori a controllo numerico sono consapevoli di fase e frequenza e possono essere leggermente modificati per generare un'uscita modulata in frequenza o modulata in fase mediante sommatoria al nodo adatto, altrimenti fornire uscite in quadratura.
Come funziona un oscillatore a controllo numerico?
Il modulo NCO utilizza l'overflow di un accumulatore per generare un segnale di uscita. Quindi, l'overflow dell'accumulatore è controllato attraverso un valore di incremento modificabile invece di un solo segnale CLK. Ciò offre un vantaggio rispetto a un semplice contatore basato su timer in quanto il grado di divisione non cambia in base al valore limitato del divisore Prescaler o postscaler. L'oscillatore a controllo numerico è molto utile nelle applicazioni in cui è necessaria la precisione della frequenza e un'eccellente risoluzione a un ciclo di lavoro fisso.
L'oscillatore a controllo numerico funziona semplicemente aggiungendo frequentemente un valore fisso a un accumulatore. Quindi, le aggiunte si verificheranno al tasso CLK di input. A volte, l'accumulatore traboccherà attraverso un riporto, che è l'output di NCO grezzo. Ciò riduce efficacemente l'ingresso CLK attraverso il rapporto tra il valore incluso e il valore più alto dell'accumulatore.
Inoltre, l'uscita di NCO può essere modificata semplicemente allungando l'impulso. Successivamente, l'output modificato di NCO viene distribuito internamente ad altre periferiche e facoltativamente inviato a un pin di input/output. Anche il traboccamento dell'accumulatore può provocare un'interruzione.
Il periodo NCO cambia in passaggi separati per generare una frequenza media. Quindi questa uscita dipende principalmente dalla capacità del circuito ricevente di mediare l'uscita di NCO per diminuire l'incertezza.
L'overflow del modulo NCO dipende principalmente dalla seguente formula
Tasso di overflow dell'accumulatore = valore di overflow dell'accumulatore/frequenza CLK di ingresso + valore di incremento.
Cos'è un accumulatore di fase?
E' un contatore modulo-N che include 2^N condizioni digitali che vengono incrementate per ogni segnale di ingresso di clock del sistema. La dimensione dell'incremento dipende principalmente dal valore della parola di sintonia e la M viene applicata allo stadio sommatore dell'accumulatore. La parola di accordatura corregge semplicemente gli incrementi del contatore nella dimensione del passo.
Vantaggi dell'oscillatore NCO
I vantaggi dell'oscillatore a controllo numerico includono quanto segue.
- Un oscillatore a controllo numerico offre molti vantaggi rispetto ad altri tipi di oscillatore in termini di stabilità, precisione e affidabilità.
- Questi oscillatori hanno un'architettura flessibile in modo da consentire facilmente programmabilità come frequenza o fase al volo.
- Gli oscillatori a controllo numerico offrono diversi vantaggi rispetto ad altri tipi di oscillatori in termini di agilità, accuratezza, stabilità e affidabilità.
- I vantaggi di NCO consentono ai progettisti di progettare schede più rapidamente, ridurre il consumo energetico, risparmiare spazio immobiliare a bordo e ridurre i costi.
Usi dell'oscillatore NCO
Le applicazioni degli oscillatori a controllo numerico includono quanto segue.
- L'oscillatore a controllo numerico è applicabile dove è richiesta precisione ad alta frequenza, controllo della frequenza lineare ed eccellente risoluzione a un ciclo di lavoro fisso come reattori e controllo dell'illuminazione, alimentatori risonanti e generatori di toni.
- Gli NCO sono normali circuiti digitali utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni di temporizzazione come la conversione di velocità, la sintesi di frequenza e la generazione di CLK.
- Un NCO viene utilizzato principalmente per la generazione di segnali principali su chip come seno, coseno, LFM o modulazione di frequenza lineare, gaussiano nei SoC.
- Il modulo NCO è un timer che genera un segnale di uscita utilizzando l'overflow di un accumulatore.
- Questi sono molto significativi nelle applicazioni di circuiti di sintonizzazione radio, controllo dell'illuminazione, reattori fluorescenti, generatori di toni e amplificatori audio di classe D.
- Questi sono usati spesso in combinazione con un DAC all'o/p per progettare un DDS (sintetizzatore digitale diretto).
- Questo è un generatore di frequenza digitale, utilizzato per pulire un segnale i/p rumoroso di un oscillatore.
Questo è un generatore programmabile a frequenza lineare utilizzato per produrre frequenze fino a 32 MHz.
Quindi, questo è tutto una panoramica di un oscillatore normalmente controllato che funziona semplicemente includendo un incremento in un accumulatore interno sul fronte crescente di ogni segnale di clock in ingresso. Quindi, la frequenza di uscita dell'NCO è proporzionale al n. di cicli che l'accumulatore deve traboccare. Ecco una domanda per te, cos'è un oscillatore?
