GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Technical University of Iasi, Romania Faculty of Electronics and Telecommunications Signals, Circuits and Systems laboratory Prof. Victor Grigoras

Cuprins Clasificarea generatoarelor Filtre reursive la limita de stabilitate Sintetizoare digitale directe Principiu de functionare Reducerea capacitatii de memorie Puritatea spectrala Aplicatii Bucle de calare a fazei numerice

Clasificare Generatoare de semnal armonic Filtre recursive la limita de stabilitate Sintetizoare digitale directe (DDS) Bucle de calare a fazei digitale Cerinte: Rezolutie in frecventa Puritate spectrala Generatoare de semnal arbitrar Sintetizoare digitale directe (DDS) Cerinte: Precizie ridicata in timp si amplitudine Generatoare de zgomot Registre digitale cu reactie Sisteme digitale haotice Cerinte: Proprietati statistice bune

Filtre recursive la limita de stabilitate 1/z Quantizer Registru a 2 r cos fi 1 H ( z) = 1 2 cos + 1 2 2 ( ρ ϕ) z ρ z 1/z Registru r*r b generat ± j z= ρ e ϕ ρ = 1 Limitari impuse de cuantizarea coeficientilor

Sintetizoare digitale directe (DDS) Principiul sintetizorului digital direct: Frecventa Acumulator de faza Faza Formator de unda φ[ n+ 1] = φ[ n] + φ modn ( ) sn [ ] = sin φ[ n] ( )

Sintetizoare digitale directe (DDS) Implementare Frecventa 1/z Constant Registru Lookup Table (ROM) Convertor D/A generat

Reducerea volumului de memorie Metode Cuantizarea fazei (reducerea numarului de biti din reprezentarea fazei) Utilizarea simetriei semnalului generat Reducerea gamei dinamice a semnalului generat (a numarului de biti ai rezultatului) Aproximarea functiei neliniare prin partitionare

Cuantizarea fazei Se reduce numarul de biti din reprezentarea argumentului functiei neliniare, deci numarul de locatii de memorie Frecventa N - 1 Acumulator de faza Faza N Cuantizor de faza Faza P<N Formator de unda M Cuantizorul de faza nu este un circuit ci o modificare a conexiunilor, pentru a se lua in consideratie numai bitii cei mai semnificativi

Simetria functiei sinus Se reduce volumul de date necesar prin reducerea la primul cadran: Primele 2 cadrane Frecventa Constant Up Down u1 ICz y Registru Lookup Table (ROM) XOR Schimbare de semn Convertor D/A generat

Reducerea gamei dinamice a valorilor Valoare semnal sin(φ) sin(φ) 2φ/π 0 Fazaφ π/2

Aproximarea functiei neliniare prin partitionare ( α+ β) = ( α) ( β) + ( β) ( α) sin sin cos sin cos ( ) ( ) α β sin α α cos α 1 ( α+ β) α ( β) + ( β) sin cos sin alfa Frecventa Constant 1/z Registru beta cos beta (ROM) Mult Add Convertor D/A generat sin beta (ROM)

Puritatea spectrala Masuratori: La distanta mare in frecventa In apropierea frecventei generate Puritatea spectrala in apropierea frecventei generate este dominata de stabilitatea generatorului de tact si de functionarea sincrona a sitemului La mare distanta in frecventa, puritatea spectrala depinde de precizia de implementare a functiei neliniare Dominanta este cuantizarea fazei, gama dinamica fiind: SFDR 6,02P+ 3,92dB

Metoda perturbarii fazei (dithering) Prin afectarea celor mai putin semnificativi biti cu un semnal (pseudo) aleator, spectrul devine mai larg, dar cu amplitudine mai mica Puritatea spectrala in banda ingusta se deterioreaza Frecventa 1/z Constant Registru Dither Cuantizor de faza Lookup Table (ROM) Convertor D/A generat

Exemplu de masuratoare (AD9854)

Aplicare ca generator de functii arbitrare Tabela de valori poate contine si alte functii Tabela de valori poate fi programata extern Tabela de valori implementata cu memorii RAM Frecventa Constant 1/z Registru acumulator Y0 U Y Valori (RAM) Convertor D/A generat Func_ext Interfata

Aplicare ca oscilator comandat Valoarea acumulata, cu semnificatie de frecventa instantanee, poate fi variabila in timp 1/z Comanda Registru Lookup Table (ROM) Convertor D/A generat

PLL analogic Cu exceptia divizorului (divizoarelor) de frecventa, toate celelalte blocuri constructive sunt analogice Frecventa Referinta Comparator de faza 1 s+1 FTJ analogic VCO analogic generat Divizor de frecventa

Includerea DDS in PLL digital Toate blocurile constructive sunt digitale Frecventa Referinta Comparator de faza 1 z+0.5 FTJ digital VCO DDS digital Convertor D/A generat Divizor frecventa

Concluzii Varianta cea mai eficienta este DDS Aplicabilitate in comunicatii PLL digitale pentru banda mai larga de frecvente PLL mixte pentru frecvente mai ridicate