Introducere

Documentul Generarea unui semnal analizează începuturile generării de semnale, cum ar fi generatoarele de funcții și generatoarele de funcții arbitrare (AFG), ieșirea unui semnal analogic dorit și cum unele generatoare de semnale folosesc tehnologia de sinteză digitală directă (DDS) pentru a emite semnale la frecvențe precise. Acest articol discută componentele și tehnologia care dau surselor de semnal abilitatea de a atinge acuratețea sub-Hertz în generarea de semnale.

Teoria operării

Generatoarele de semnale care folosesc DDS generează semnale la frecvențe precise printr-un mecanism unic de acces la memorie și ceas, care diferă de metoda tradițională de ieșire a fiecărui eșantion în ordinea în care este stocată forma de undă. Generatoarele de forme de undă arbitrare (AWG) utilizează metoda tradițională de generare a semnalelor. AWG-urile pot produce forme de undă complexe definite de utilizator, dar sunt limitate în precizia frecvenței la care este generată forma de undă. Acest lucru se datorează constrângerilor pe care trebuie să le producă forma de undă punct cu punct din memoria AWG și tactul de eșantionare care controlează timpul dintre fiecare punct generat are un număr finit de frecvențe.

Generatoarele de funcții și AFG-urile care utilizează DDS stochează o cantitate mare de puncte pentru un singur ciclu al unei forme de undă periodice în memorie. Tehnologia DDS oferă generatorului de funcții sau AFG capacitatea de a alege ce eșantion să fie scos din memorie. Deoarece generatorul de funcții sau AFG nu este limitat la alegerea următorului eșantion în forma de undă, acesta poate produce semnale la frecvențe precise. Figura 1 reprezintă grafic modul în care un generator de funcții sau un AFG poate produce o undă sinusoidală de 21 MHz, care nu este un divizor întreg al tactului de eșantionare de 100 MHz. Tactul de eșantionare de 100 MHz afectează în continuare rata de actualizare a ieșirii DAC; prin urmare, cu cât este mai rapid tactul de eșantionare, cu atât este mai exactă forma semnalului creat.

Figura 1. În hardware-ul compatibil DDS, eșantioanele nu sunt neapărat alese în ordinea în care sunt stocate în memorie.
Aceasta permite ca tactul de eșantionare de 100 MHz să creeze cu precizie undă sinusoidală de 21 MHz.

În cazul specific de mai sus, AFG utilizează tactul de eșantionare de 100 MHz pentru a conduce DAC, dar frecvența semnalului generat este creată de metoda prin care eșantioanele sunt alese din locația memoriei formei de undă. Următoarele secțiuni discută componentele care implementează logica de control din spatele alegerii eșantionului.

Prezentare generală a funcționalității

Implementarea DDS necesită trei blocuri principale de construcție hardware: (a) tact de eșantionare, (b) acumulator de fază și (c) tabelul de căutare, care este o implementare a unei memorii programabile numai pentru citire. Figura 2 prezintă fluxul de nivel superior de la bloc hardware la bloc hardware.

Figura 2. Schema bloc hardware pentru arhitectura DDS

a. Tact de eșantionare

Tactul de eșantionare, sau referința, este folosit pentru a crea tuning word a frecvenței, actualizează valoarea acumulatorului de fază și comandă conversia digital-analogică. Tactul de eșantionare determină când un eșantion este scos de către DAC, dar nu determină direct frecvența semnalului de ieșire.

b. Acumulator de fază

Acumulatorul de fază este o colecție de componente care permite generarea unei funcții sau a AFG la ieșire la frecvențe precise. Pentru a crea semnalul la o frecvență precisă, acumulatorul de fază utilizează trei componente generale. În primul rând, acumulatorul de fază utilizează tuning word pentru a specifica frecvența semnalului. Tuning word este un cuvânt digital de 24 - 48 de biți care specifică câte eșantioane să sară în memoria formei de undă. A doua componentă, sumatorul, ia tuning word și îl însumează la registrul de fază rămas. Această nouă valoare digitală este transmisă în registrul de fază. Componenta finală a acumulatorului de fază, registrul de fază, ia noul cuvânt digital și îl folosește pentru a specifica adresa de memorie a următorul punct de eșantionare ce va fi afișat în tabelul de căutare. Registrul de faze ia biții rămași cei mai semnificativi care nu sunt utilizați în adresa de memorie a tabelului de căutare și îi returnează înapoi la sumator pentru a asigura precizia frecvenței în timp.

c. Tabelul de căutare

Ieșirea registrului de fază seamănă doar cu o rampă digitală, deoarece adresa de memorie crește în timp, care se schimbă la viteza specificată de tuning word. Prin urmare, pentru a scoate forma de undă dorită, ieșirea registrului de fază indică adresa de eșantionare a formei de undă necesară în tabelul de căutare. Tabelul de căutare furnizează apoi cuvântul digital la adresa de memorie furnizată, care este cuvântul digital pentru ca DAC să producă amplitudine și fază corecte.

Agilitatea frecvenței sau abilitatea de a schimba frecvența formei de undă foarte rapid și continuu, este unul dintre principalele beneficii ale arhitecturii DDS. Un AFG utilizând DDS poate schimba frecvența formei de undă foarte rapid, deoarece doar tuning word trebuie modificat pentru a schimba frecvența formei de undă.

Aplicații comune

După cum s-a discutat mai sus, tehnologia DDS oferă două beneficii principale. Un beneficiu major al tehnologiei DDS este acuratețea frecvenței semnalului generat. Această capabilitate deschide ușa testării extrem de precise a componentelor, deoarece puteți să vă bazați pe precizia frecvenței generatorului de funcții sau a semnalului creat de AFG.

Capacitatea de a schimba frecvența semnalului generat extrem de rapid și fază continuu este al doilea beneficiu principal al tehnologiei DDS. Acest lucru permite testarea mai eficientă a componentelor pe anumite intervale, deoarece puteți implementa rapid schimbarea frecvenței și, de asemenea, dispozitivele de testare a stresului prin împingerea limitelor asupra semnalului pe care îl furnizează dispozitivului testat.

Un exemplu specific în care AFG-urile cu tehnologie DDS sunt extrem de valoroase este caracterizarea precisă a filtrului. Caracterizarea filtrului este exactă numai dacă semnalul furnizat filtrului este generat precis de AFG și dacă semnalul filtrat este măsurat exact de un osciloscop. Figura 3 reprezintă o configurație tipică de testare pentru caracterizarea filtrului.

Figura 3. Schema bloc a aplicației pentru caracterizarea filtrului cu un generator de funcții capabil de DDS, un filtru low-pass și un osciloscop

Rezumat

■ Generatoarele de semnale fără tehnologia DDS produc forme de undă prin transmiterea punct cu punct a formei de undă stocate la frecvența tactului de eșantionare.

■ Generatoarele de semnale cu tehnologie DDS pot produce forme de undă periodice la multe frecvențe cu exactitate extremă a frecvenței. Acest lucru se datorează accesului la memorie unică și mecanismului de tact.

■ Tehnologia DDS este implementată cu trei blocuri hardware de nivel superior: tactul de eșantionare, acumulatorul de fază și tabelul de căutare.

■ Tactul de eșantionare creează tuning word a frecvenței, actualizează valoarea acumulatorului de fază și comandă rata de ieșire a DAC-ului.

■ Acumulatorul de fază preia frecvența de la tuning word ca intrare și furnizează adresa de memorie digitală a următorului eșantion care va fi transmisă în tabelul de căutare.

■ Tabelul de căutare stochează formele de undă periodice ca eșantioane digitale. Tabelul de căutare primește adresa de memorie din acumulatorul de fază și furnizează eșantionul formei de undă digitală la acea adresă de memorie la DAC.

■ Generatoarele de semnale cu tehnologie DDS ar trebui utilizate pentru aplicații care necesită o generare precisă a frecvenței sau o agilitate a frecvenței.

■ Aplicațiile care necesită forme de undă extrem de mari, complexe și definite de utilizator pot fi cel mai bine servite de generatoare de forme de undă arbitrare în loc de generatoare de funcții arbitrare cu tehnologie DDS.