Numerisk styret oscillator: arkitektur, arbejde og dens applikationer

Et DSP-system har brug for den sinusformede bølgeform eller anden periodisk bølgeformgenerering. En metode, der bruges til at generere disse bølgeformer, involverer hovedsageligt 'NCO'er (numerisk kontrollerede oscillatorer), hvor en digital akkumulator bruges til at producere adressen til en sinus-LUT (opslagstabel). Systemet er meget almindeligt i både software og hardware. Så det tillader øjeblikkelige ændringer inden for den øjeblikkelige frekvens/fase af den genererede bølgeform, mens den opretholder en konstant faseegenskab i outputtet. Når det er inkorporeret med en DAC for at generere en analog o/p-bølgeform, er systemet kendt som DDS eller Direct Digital Synthesizer. Så denne artikel diskuterer en oversigt over en numerisk styret oscillator eller NCO – arbejder med applikationer.

Hvad er en numerisk styret oscillator?

En numerisk styret oscillator er en digital signalgenerator, der genererer en synkron, tidsdiskret og diskret-værdi bølgeform, som generelt er sinusformet, hvor frekvensen eller fasen af ​​signalet styres i designet. Disse oscillatorer kombineres ofte med en DAC (digital-til-analog konverter) ved udgangen for at lave en direkte DDS eller digital synthesizer. NCO'er giver mange fordele i forhold til andre slags oscillatorer med hensyn til nøjagtighed, smidighed, pålidelighed og stabilitet. Så klasse D-lydforstærkere, tonegeneratorer, lysstyring, fluorescerende forkoblinger og radiotuning-kredsløb har alle fordel af NCO'er. En numerisk styret oscillator bruges i forskellige kommunikationssystemer som radarsystemer, digitale PLL'er, radiosystemer, drivere multilevel PSK/ FSK modulatorer eller demodulatorer og mange flere.

Funktioner

Funktionerne ved numerisk styrede oscillatorer omfatter følgende.

Udgangsfrekvens

Udgangsfrekvensen genereret af NCO er høj, hvilket hovedsageligt afhænger af nej. af bits For eksempel; en 20-bit størrelse genererer op til 32 MHz, dog kan en 16-bit størrelse kun generere 500 KHz.

Fleksibelt output

Udgangen af ​​NCO kan indstilles til en stabil arbejdscyklus ellers til en pulsfrekvensform.

Fungerer i Low-Power Sleep

Den numerisk styrede oscillator kan køre i dvaletilstand og er uafhængig af CPU'en.

Flere Urkilder

Den numerisk styrede oscillator kan bruge et nr. af urkilder både interne og eksterne.

N-bit timer/tæller funktionalitet

Den numerisk styrede oscillator kan også bruges som en generel 20-bit timer/tæller i en ny arbejdstilstand.

NCO Oscillator Arkitektur

Den numerisk styrede oscillatorarkitektur er vist nedenfor. Denne arkitektur omfatter to hoveddele PA (faseakkumulator) og PAC (fase-til-amplitude-konverter).

En faseakkumulator tilføjer en frekvenskontrolværdi til den værdi, der holdes ved dens output ved hver CLK-prøve. En fase-til-amplitude-konverter giver en matchende amplitudeprøve med faseakkumulatorens udgangsord som et indeks i en signalopslagstabel. Nogle gange bruges interpolation i kombination med LUT for at øge nøjagtigheden samt reducere fasens fejlstøj. I numerisk styret oscillatorsoftware kan matematiske procedurer såsom effektserier bruges til at oversætte fase til amplitude.

Når først den er clocket, skaber PA- eller faseakkumulatoren simpelthen et modulo 2^N savtandsignal, efter at det ændres gennem PAC'en (fase til amplitude-konverteren) til en samplet sinusoid. Her er 'N' nr. af bårne bits i faseakkumulatoren.

Antallet af bårne bits som 'N' indstiller oscillatorens frekvensopløsning og er normalt meget højere sammenlignet med nr. af bits, der beskriver PAC-opslagstabellens hukommelsesplads.

Hvis kapaciteten af ​​fase-til-amplitude-konverteren er 2^M, skal faseakkumulatorens udgangsord reduceres til M-bits som vist i ovenstående figur. Men disse bits bruges til interpolation. Faseudgangsordreduktionen ændrer ikke nøjagtigheden af ​​frekvensen, men den genererer en tidsvarierende periodisk fasefejl, der er hovedkilden til falske produkter.

Frekvensnøjagtigheden i forhold til CLK-frekvensen er kun begrænset af nøjagtigheden af ​​den matematik, der bruges til at beregne fasen. Fordi numerisk styrede oscillatorer er fase- og frekvensbevidste og kan modificeres lidt for at generere et frekvensmoduleret eller fasemoduleret output ved summering ved den passende node, ellers give kvadraturudgange.

Hvordan virker en numerisk styret oscillator?

NCO-modulet bruger overløbet fra en akkumulator til at generere et udgangssignal. Så overløbet af akkumulatoren har styret gennem en modificerbar stigningsværdi i stedet for blot et enkelt CLK-signal. Dette giver en fordel i forhold til en simpel timer-drevet tæller, idet graden af ​​division ikke ændres af den begrænsede Prescaler eller postscaler divider værdi. Den numerisk styrede oscillator er meget nyttig i applikationer, hvor frekvensnøjagtighed og fremragende opløsning ved en fast arbejdscyklus er nødvendig.

Den numerisk styrede oscillator fungerer simpelthen ved at tilføje en fast værdi ofte til en akkumulator. Så tilføjelser vil ske ved input CLK-hastigheden. Nogle gange vil akkumulatoren flyde over gennem en carry, som er output fra rå NCO. Dette reducerer effektivt input CLK gennem forholdet mellem den inkluderede værdi og den højeste værdi af akkumulatoren.

Ydermere kan outputtet af NCO modificeres ved blot at strække pulsen. Derefter distribueres det modificerede output fra NCO internt til andre perifere enheder og udsendes eventuelt til en input/output-pin. Overløbet af akkumulatoren kan også forårsage en afbrydelse.

NCO-perioden ændres i separate trin for at generere en gennemsnitlig frekvens. Så dette output afhænger hovedsageligt af det modtagende kredsløbs kapacitet til at gennemsnit af outputtet af NCO for at mindske usikkerheden.
NCO-modulets overløb afhænger hovedsageligt af følgende formel
Overløbshastighed for akkumulator = Overløbsværdi for akkumulator/input CLK-frekvens + stigningsværdi.

Hvad er en faseakkumulator?

Det er en modulo-N-tæller, der inkluderer 2^N digitale betingelser, som øges for hvert clock-indgangssignal i systemet. Inkrementstørrelsen afhænger hovedsageligt af indstillingsordværdien, og M'et påføres akkumulatorens addertrin. Stemningsordet fikserer simpelthen tællerstigninger i trinstørrelsen.

NCO Oscillator Fordele

De numerisk styrede oscillatorfordele omfatter følgende.

• En numerisk styret oscillator giver mange fordele sammenlignet med andre oscillatortyper med hensyn til stabilitet, nøjagtighed og pålidelighed.
• Disse oscillatorer har en fleksibel arkitektur, så de nemt tillader programmerbare funktioner som on-the-fly frekvens eller fase.
• Numerisk styrede oscillatorer tilbyder flere fordele i forhold til andre typer af oscillatorer i form af smidighed, nøjagtighed, stabilitet og pålidelighed.
• Fordelene ved NCO gør det muligt for designere at designe tavler hurtigere, reducere strømforbruget, spare plads på fast ejendom og reducere omkostningerne.

NCO Oscillator Anvendelser

Anvendelsen af ​​numerisk styrede oscillatorer omfatter følgende.

• Den numerisk styrede oscillator er anvendelig, hvor højfrekvent nøjagtighed, lineær frekvenskontrol og fremragende opløsning ved en fast driftscyklus er påkrævet, såsom ballast- og lysstyring, resonansstrømforsyninger og tonegeneratorer.
• NCO'er er normale digitale kredsløb, der bruges i en bred vifte af timingapplikationer som ratekonvertering, frekvenssyntese og CLK-generering.
• En NCO bruges hovedsageligt til generering af større signaler på chip som sinus, cosinus, LFM eller lineær frekvensmoduleret, Gaussisk i SoC'er.
• NCO-modulet er en timer, der genererer et udgangssignal ved at bruge overløbet fra en akkumulator.
• Disse er meget vigtige i anvendelserne af radiotuning-kredsløb, styring af belysning, fluorescerende forkoblinger, tonegeneratorer og klasse-D-lydforstærkere.
• Disse bruges ofte i kombination med en DAC ved o/p til at designe en DDS (direkte digital synthesizer).
• Dette er en digital frekvensgenerator, der bruges til at rense et støjende i/p-signal fra en oscillator.
  Dette er en lineær frekvens programmerbar generator, der bruges til at producere op til 32 MHz frekvenser.

Det handler altså om en oversigt over en normalt styret oscillator som virker ved blot at inkludere et trin til en indvendig akkumulator på den stigende kant af hvert input clock-signal. Så NCO's udgangsfrekvens er proportional med nej. af cyklusser det får for akkumulatoren at flyde over. Her er et spørgsmål til dig, hvad er en oscillator?