Un système DSP a besoin de la forme d'onde sinusoïdale ou d'une autre génération de forme d'onde périodique. Une méthode utilisée pour générer ces formes d'onde implique principalement des ' NCO (oscillateurs à commande numérique), où un accumulateur numérique est utilisé pour produire l'adresse dans une LUT sinusoïdale (table de correspondance). Le système est très courant dans les logiciels et le matériel. Ainsi, il permet des changements immédiats dans la fréquence/phase instantanée de la forme d'onde générée tout en maintenant une propriété de phase constante dans la sortie. Une fois qu'il est incorporé avec un CAD pour générer une forme d'onde analogique o/p, le système est connu sous le nom de DDS ou Direct Digital Synthesizer. Cet article traite donc d'un aperçu d'un oscillateur à commande numérique ou NCO – travailler avec des applications.
Qu'est-ce qu'un oscillateur à commande numérique ?
Un oscillateur à commande numérique est un générateur de signal numérique qui génère une forme d'onde synchrone, à temps discret et à valeur discrète qui est généralement sinusoïdale où la fréquence ou la phase du signal est contrôlée dans la conception. Ces oscillateurs sont fréquemment associés à un DAC (convertisseur numérique-analogique) en sortie pour constituer un DDS direct ou un synthétiseur numérique. Les NCO offrent de nombreux avantages par rapport aux autres types d'oscillateurs en termes de précision, d'agilité, de fiabilité et de stabilité. Ainsi, les amplificateurs audio de classe D, les générateurs de tonalité, le contrôle de l'éclairage, les ballasts fluorescents et les circuits de syntonisation radio bénéficient tous des NCO. Un oscillateur à commande numérique est utilisé dans divers systèmes de communication tels que les systèmes radar, les PLL numériques, les systèmes radio, les pilotes multiniveaux PSK/ FSK modulateurs ou démodulateurs, et bien d'autres.
Caractéristiques
Les caractéristiques des oscillateurs à commande numérique sont les suivantes.
Fréquence de sortie
La fréquence de sortie générée par NCO est élevée, ce qui dépend principalement du non. de bits Par exemple ; une taille de 20 bits génère jusqu'à 32 MHz, cependant, une taille de 16 bits ne peut générer que 500 KHz.
Sortie flexible
La sortie de NCO peut être réglée sur un rapport cyclique stable ou sur une forme de fréquence d'impulsion.
Fonctionne en veille à faible consommation
L'oscillateur à commande numérique peut fonctionner en mode veille et est indépendant du processeur.
Plusieurs sources d'horloge
L'oscillateur à commande numérique peut utiliser un no. de sources d'horloge internes et externes.
Minuterie/compteur N-bit Fonctionnalité
L'oscillateur à commande numérique peut également être utilisé comme une minuterie/compteur 20 bits à usage général dans un nouveau mode de fonctionnement.
Architecture d'oscillateur NCO
L'architecture de l'oscillateur à commande numérique est illustrée ci-dessous. Cette architecture comprend deux parties principales PA (accumulateur de phase) et PAC (convertisseur phase-amplitude).
Un accumulateur de phase ajoute une valeur de commande de fréquence à la valeur conservée à sa sortie à chaque échantillon CLK. Un convertisseur phase-amplitude fournit un échantillon d'amplitude correspondant au mot de sortie de l'accumulateur de phase comme un index dans une table de consultation de signal. Parfois, l'interpolation est utilisée en combinaison avec la LUT pour améliorer la précision et réduire le bruit d'erreur de la phase. Dans les logiciels d'oscillateur à commande numérique, des procédures mathématiques telles que les séries de puissance peuvent être utilisées pour traduire la phase en amplitude.
Une fois cadencé, le PA ou l'accumulateur de phase crée simplement un signal en dents de scie modulo 2 ^ N après quoi il est changé via le PAC (convertisseur de phase en amplitude) en une sinusoïde échantillonnée. Ici, 'N' est le non. de bits transportés dans l'accumulateur de phase.
Le nombre de bits transportés comme 'N' définit la résolution de fréquence de l'oscillateur et est généralement beaucoup plus élevé par rapport au non. de bits décrivant l'espace mémoire de la table de consultation PAC.
Si la capacité du convertisseur phase-amplitude est de 2 ^ M, le mot de sortie de l'accumulateur de phase doit être réduit à M bits, comme indiqué dans la figure ci-dessus. Mais, ces bits sont utilisés pour l'interpolation. La réduction du mot de sortie de phase ne modifie pas la précision de la fréquence mais elle génère une erreur de phase périodique variable dans le temps qui est la principale source de produits parasites.
La précision de la fréquence par rapport à la fréquence CLK n'est limitée que par la précision des mathématiques utilisées pour calculer la phase. Parce que les oscillateurs à commande numérique sont conscients de la phase et de la fréquence et peuvent être légèrement modifiés pour générer une sortie modulée en fréquence ou en phase par sommation au nœud approprié, sinon donner des sorties en quadrature.
Comment fonctionne un oscillateur à commande numérique ?
Le module NCO utilise le débordement d'un accumulateur pour générer un signal de sortie. Ainsi, le débordement de l'accumulateur a été contrôlé par une valeur d'incrément modifiable au lieu d'un seul signal CLK. Cela offre un avantage par rapport à un simple compteur piloté par minuterie en ce que le degré de division ne change pas par la valeur limitée du diviseur de pré-échelle ou de post-échelle. L'oscillateur à commande numérique est très utile dans les applications où une précision de fréquence et une excellente résolution à un cycle de service fixe sont nécessaires.
L'oscillateur à commande numérique fonctionne simplement en ajoutant fréquemment une valeur fixe à un accumulateur. Ainsi, les ajouts se produiront au taux d'entrée CLK. Parfois, l'accumulateur débordera par un report, qui est la sortie du NCO brut. Cela diminue efficacement l'entrée CLK par le rapport de la valeur incluse à la valeur la plus élevée de l'accumulateur.
De plus, la sortie de NCO peut être modifiée en étirant simplement l'impulsion. Après cela, la sortie modifiée de NCO est distribuée en interne à d'autres périphériques et éventuellement émise vers une broche d'entrée/sortie. Le débordement de l'accumulateur peut également produire une interruption.
La période NCO change par étapes distinctes pour générer une fréquence moyenne. Cette sortie dépend donc principalement de la capacité du circuit de réception à moyenner la sortie de NCO pour diminuer l'incertitude.
Le débordement du module NCO dépend principalement de la formule suivante
Taux de débordement de l'accumulateur = Valeur de débordement de l'accumulateur/Fréquence CLK d'entrée + Valeur d'incrément.
Qu'est-ce qu'un accumulateur de phase ?
C'est un compteur modulo-N qui comprend 2^N conditions numériques qui sont augmentées pour chaque signal d'entrée d'horloge du système. La taille de l'incrément dépend principalement de la valeur du mot de réglage et le M est appliqué à l'étage additionneur de l'accumulateur. Le mot de réglage fixe simplement les incréments du compteur dans la taille du pas.
Avantages de l'oscillateur NCO
Les avantages de l'oscillateur à commande numérique sont les suivants.
- Un oscillateur à commande numérique offre de nombreux avantages par rapport aux autres types d'oscillateurs en termes de stabilité, de précision et de fiabilité.
- Ces oscillateurs ont une architecture flexible qui permet facilement des programmabilités telles que la fréquence ou la phase à la volée.
- Les oscillateurs à commande numérique offrent plusieurs avantages par rapport aux autres types d'oscillateurs en termes d'agilité, de précision, de stabilité et de fiabilité.
- Les avantages de NCO permettent aux concepteurs de concevoir des cartes plus rapidement, de réduire la consommation d'énergie, d'économiser de l'espace à bord et de réduire les coûts.
Utilisations de l'oscillateur NCO
Les applications des oscillateurs à commande numérique comprennent les suivantes.
- L'oscillateur à commande numérique est applicable lorsqu'une précision à haute fréquence, un contrôle de fréquence linéaire et une excellente résolution à un cycle de service fixe sont requis, comme le contrôle du ballast et de l'éclairage, les alimentations résonnantes et les générateurs de tonalité.
- Les NCO sont des circuits numériques normaux qui sont utilisés dans une large gamme d'applications de synchronisation telles que la conversion de débit, la synthèse de fréquence et la génération de CLK.
- Un NCO est principalement utilisé pour la génération de signaux majeurs sur puce comme le sinus, le cosinus, le LFM ou la fréquence linéaire modulée, gaussienne dans les SoC.
- Le module NCO est un temporisateur qui génère un signal de sortie en utilisant le débordement d'un accumulateur.
- Celles-ci sont très importantes dans les applications des circuits de syntonisation radio, du contrôle de l'éclairage, des ballasts fluorescents, des générateurs de tonalité et des amplificateurs audio de classe D.
- Ceux-ci sont souvent utilisés en combinaison avec un DAC à l'o/p pour concevoir un DDS (synthétiseur numérique direct).
- Il s'agit d'un générateur de fréquence numérique, utilisé pour nettoyer un signal i/p bruité d'un oscillateur.
Il s'agit d'un générateur programmable de fréquence linéaire utilisé pour produire des fréquences allant jusqu'à 32 MHz.
Ainsi, il s'agit de un aperçu d'un oscillateur normalement contrôlé qui fonctionne en incluant simplement un incrément à un accumulateur intérieur sur le front croissant de chaque signal d'horloge d'entrée. Ainsi, la fréquence de sortie du NCO est proportionnelle au no. de cycles qu'il obtient pour que l'accumulateur déborde. Voici une question pour vous, qu'est-ce qu'un oscillateur?
