Ein DSP-System benötigt die sinusförmige Wellenform oder eine andere periodische Wellenformerzeugung. Ein Verfahren, das zum Erzeugen dieser Wellenformen verwendet wird, beinhaltet hauptsächlich „NCOs“ (Numerisch gesteuerte Oszillatoren), bei denen ein digitaler Akkumulator verwendet wird, um die Adresse in einer Sinus-LUT (Lookup-Tabelle) zu erzeugen. Das System ist sowohl in Software als auch in Hardware sehr verbreitet. So ermöglicht es sofortige Änderungen innerhalb der sofortigen Frequenz/Phase der erzeugten Wellenform, während eine konstante Phaseneigenschaft innerhalb des Ausgangs beibehalten wird. Sobald es mit a eingearbeitet ist DAC Um eine analoge o/p-Wellenform zu erzeugen, ist das System als DDS oder Direct Digital Synthesizer bekannt. Daher behandelt dieser Artikel einen Überblick über a Numerisch gesteuerter Oszillator oder NCO – Arbeiten mit Anwendungen.
Was ist ein numerisch gesteuerter Oszillator?
Ein numerisch gesteuerter Oszillator ist ein digitaler Signalgenerator, der eine synchrone, zeitdiskrete und diskretwertige Wellenform erzeugt, die im Allgemeinen sinusförmig ist, wobei die Frequenz oder Phase des Signals im Design gesteuert wird. Diese Oszillatoren werden häufig mit einem DAC (Digital-Analog-Wandler) am Ausgang kombiniert, um einen direkten DDS oder digitalen Synthesizer herzustellen. NCOs bieten viele Vorteile gegenüber anderen Arten von Oszillatoren in Bezug auf Genauigkeit, Agilität, Zuverlässigkeit und Stabilität. Audioverstärker der Klasse D, Tongeneratoren, Lichtsteuerungen, Vorschaltgeräte für Leuchtstoffröhren und Radio-Tuning-Schaltungen profitieren alle von NCOs. Ein numerisch gesteuerter Oszillator wird in verschiedenen Kommunikationssystemen wie Radarsystemen, digitalen PLLs, Funksystemen, mehrstufigen PSK/Treibern verwendet. FSK Modulatoren oder Demodulatoren und viele mehr.
Merkmale
Zu den Merkmalen numerisch gesteuerter Oszillatoren gehören die folgenden.
Ausgangsfrequenz
Die von NCO erzeugte Ausgangsfrequenz ist hoch, was hauptsächlich von nein abhängt. von Bits Zum Beispiel; eine 20-Bit-Größe erzeugt bis zu 32 MHz, eine 16-Bit-Größe kann jedoch nur 500 KHz erzeugen.
Flexible Ausgabe
Der Ausgang von NCO kann auf ein stabiles Tastverhältnis ansonsten auf eine Pulsfrequenzform eingestellt werden.
Funktioniert im Energiesparmodus
Der numerisch gesteuerte Oszillator kann im Schlafmodus laufen und ist unabhängig von der CPU.
Mehrere Taktquellen
Der numerisch gesteuerte Oszillator kann eine Nr. verwenden. von Taktquellen sowohl intern als auch extern.
N-Bit-Zeitgeber/Zähler-Funktionalität
Der numerisch gesteuerte Oszillator kann in einem neuen Arbeitsmodus auch wie ein universeller 20-Bit-Timer/Zähler verwendet werden.
Architektur des NCO-Oszillators
Die numerisch gesteuerte Oszillatorarchitektur ist unten gezeigt. Diese Architektur umfasst zwei Hauptteile PA (Phasenakkumulator) und PAC (Phase-zu-Amplituden-Wandler).
Ein Phasenakkumulator fügt bei jedem CLK-Abtastwert einen Frequenzsteuerwert zu dem Wert hinzu, der an seinem Ausgang gehalten wird. Ein Phasen-Amplituden-Umsetzer liefert einen passenden Amplitudenabtastwert mit dem Ausgangswort des Phasenakkumulators wie einen Index in eine Signal-Nachschlagetabelle. Manchmal wird eine Interpolation in Kombination mit der LUT verwendet, um die Genauigkeit zu verbessern sowie das Fehlerrauschen der Phase zu reduzieren. In numerisch gesteuerter Oszillatorsoftware können mathematische Verfahren wie Potenzreihen verwendet werden, um Phase in Amplitude zu übersetzen.
Nach dem Takten erzeugt der PA oder Phasenakkumulator einfach ein Modulo-2^N-Sägezahnsignal, das anschließend durch den PAC (Phase-Amplituden-Konverter) in eine abgetastete Sinuskurve umgewandelt wird. Hier ist „N“ die Nr. von getragenen Bits innerhalb des Phasenakkumulators.
Die Anzahl der übertragenen Bits wie „N“ bestimmt die Frequenzauflösung des Oszillators und ist normalerweise viel höher als die Nr. von Bits, die den Speicherplatz der PAC-Nachschlagetabelle beschreiben.
Wenn die Kapazität des Phasen-Amplituden-Wandlers 2^M beträgt, sollte das Ausgangswort des Phasenakkumulators auf M-Bits reduziert werden, wie in der obigen Abbildung gezeigt. Diese Bits werden jedoch zur Interpolation verwendet. Die Reduzierung des Phasenausgangsworts ändert nicht die Genauigkeit der Frequenz, erzeugt jedoch einen zeitveränderlichen periodischen Phasenfehler, der die Hauptquelle für Störprodukte ist.
Die Frequenzgenauigkeit relativ zur CLK-Frequenz ist nur durch die Genauigkeit der zur Berechnung der Phase verwendeten Mathematik begrenzt. Da numerisch gesteuerte Oszillatoren phasen- und frequenzbewusst sind und leicht modifiziert werden können, um durch Summierung am geeigneten Knoten einen frequenzmodulierten oder phasenmodulierten Ausgang zu erzeugen, ergeben sie andernfalls Quadraturausgänge.
Wie funktioniert ein numerisch gesteuerter Oszillator?
Das NCO-Modul verwendet den Überlauf eines Akkumulators, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Der Überlauf des Akkumulators wird also durch einen modifizierbaren Inkrementwert statt nur durch ein einzelnes CLK-Signal gesteuert. Dies bietet einen Vorteil gegenüber einem einfachen zeitgesteuerten Zähler dahingehend, dass sich der Teilungsgrad nicht durch den begrenzten Prescaler- oder Postscaler-Teilerwert ändert. Der numerisch gesteuerte Oszillator ist sehr nützlich in Anwendungen, bei denen Frequenzgenauigkeit und hervorragende Auflösung bei einem festen Arbeitszyklus erforderlich sind.
Der numerisch gesteuerte Oszillator funktioniert einfach, indem er einem Akkumulator häufig einen festen Wert hinzufügt. Somit erfolgen Additionen mit der eingegebenen CLK-Rate. Manchmal wird der Akkumulator durch einen Übertrag überlaufen, der die Ausgabe von rohem NCO ist. Dies verringert effizient den Eingangs-CLK durch das Verhältnis des enthaltenen Werts zum höchsten Wert des Akkumulators.
Außerdem kann die Ausgabe von NCO modifiziert werden, indem einfach der Impuls gedehnt wird. Danach wird die modifizierte Ausgabe von NCO intern an andere Peripheriegeräte verteilt und optional an einen Eingangs-/Ausgangsstift ausgegeben. Auch der Überlauf des Akkumulators kann zu einer Unterbrechung führen.
Die NCO-Periode ändert sich in getrennten Schritten, um eine Durchschnittsfrequenz zu erzeugen. Diese Ausgabe hängt also hauptsächlich von der Kapazität der Empfangsschaltung ab, die Ausgabe von NCO zu mitteln, um die Unsicherheit zu verringern.
Der Überlauf des NCO-Moduls hängt hauptsächlich von der folgenden Formel ab
Überlaufrate des Akkumulators = Überlaufwert des Akkumulators/CLK-Eingangsfrequenz + Inkrementwert.
Was ist ein Phasenakkumulator?
Es ist ein Modulo-N-Zähler, der 2^N digitale Bedingungen enthält, die für jedes Takteingangssignal des Systems erhöht werden. Die Inkrementgröße hängt hauptsächlich vom Abstimmwortwert ab und M wird an die Addierstufe des Akkumulators angelegt. Das Tuning-Wort legt einfach Zählerinkremente in der Schrittgröße fest.
Vorteile des NCO-Oszillators
Die Vorteile des numerisch gesteuerten Oszillators beinhalten die folgenden.
- Ein numerisch gesteuerter Oszillator bietet im Vergleich zu anderen Oszillatortypen viele Vorteile in Bezug auf Stabilität, Genauigkeit und Zuverlässigkeit.
- Diese Oszillatoren haben eine flexible Architektur, sodass sie problemlos Programmierbarkeiten wie On-the-Fly-Frequenz oder Phase ermöglichen.
- Numerisch gesteuerte Oszillatoren bieten gegenüber anderen mehrere Vorteile Arten von Oszillatoren in Bezug auf Agilität, Genauigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit.
- Die Vorteile von NCO ermöglichen es Designern, Boards schneller zu entwerfen, den Stromverbrauch zu senken, an Bord Platz zu sparen und Kosten zu senken.
Verwendung des NCO-Oszillators
Die Anwendungen von numerisch gesteuerten Oszillatoren umfassen die folgenden.
- Der numerisch gesteuerte Oszillator ist dort anwendbar, wo Hochfrequenzgenauigkeit, lineare Frequenzsteuerung und hervorragende Auflösung bei einem festen Arbeitszyklus erforderlich sind, wie z. B. Vorschaltgerät- und Beleuchtungssteuerung, resonante Stromversorgungen und Tongeneratoren.
- NCOs sind normale digitale Schaltungen, die in einer breiten Palette von Timing-Anwendungen wie Ratenwandlung, Frequenzsynthese und CLK-Erzeugung verwendet werden.
- Ein NCO wird hauptsächlich für die On-Chip-Erzeugung von Hauptsignalen wie Sinus, Cosinus, LFM oder linear frequenzmodulierten Gaußschen in SoCs verwendet.
- Das NCO-Modul ist ein Zeitgeber, der ein Ausgangssignal erzeugt, indem er den Überlauf eines Akkumulators verwendet.
- Diese sind sehr wichtig in den Anwendungen von Radio-Tuning-Schaltungen, Steuerung von Beleuchtung, fluoreszierenden Vorschaltgeräten, Tongeneratoren und Klasse-D-Audioverstärkern.
- Diese werden häufig in Kombination mit einem DAC am Ausgang verwendet, um einen DDS (Direct Digital Synthesizer) zu entwickeln.
- Dies ist ein digitaler Frequenzgenerator, der zum Reinigen eines verrauschten i/p-Signals eines Oszillators verwendet wird.
Dies ist ein linear frequenzprogrammierbarer Generator, der verwendet wird, um Frequenzen bis zu 32 MHz zu erzeugen.
Es geht also um alles eine Übersicht über einen normal gesteuerten Oszillator Dies funktioniert, indem einfach ein Inkrement in einen internen Akkumulator an der steigenden Flanke jedes Eingangstaktsignals eingefügt wird. Die Ausgangsfrequenz des NCO ist also proportional zur Nr. von Zyklen kommt es zum Überlaufen des Akkus. Hier ist eine Frage an Sie, was ist ein Oszillator?
