La Síntesis digital directa (DDS) es una técnica para producir una forma de onda análoga al manipular un reloj digitalmente fijado de sistema y luego pasar la salida por un DAC (convertidor digital-analógico). Esto permite la resolución de frecuencia fina en una amplia gama de frecuencias y cambio rápido entre esas frecuencias.
El proceso de generar un reloj desde un DDS, tomado desde la nota de aplicación de Dispositivos analógicos AN-823.
Síntesis digital directa: profundizando
Los componentes más fundamentales del circuito como los microcontroladores requieren una frecuencia de un solo reloj para los fines de sincronización y control. Esto se puede alcanzar usando un oscilador estándar que emite una frecuencia predeterminada. Esto puede sonar un poco de la nueva era, pero surge en conversaciones muy diferentes para una pieza de cuarzo que emite una frecuencia que se cree que resuena con un chakra particular La frecuencia de un oscilador de cristal depende de las propiedades piezoeléctricas de la materia física del dispositivo. Aunque los CI como los divisores de reloj y multiplicadores existen y es posible hacer ajustes leves en la frecuencia al cambiar los componentes que los rodean, generalmente está bloqueado en una frecuencia por cristal.
Algunos dispositivos como los excitadores de radiofrecuencia requieren varias frecuencias. Incluso si estas frecuencias no se requieren simultáneamente, cada frecuencia que no sea un múltiplo exacto de otra necesita su propio oscilador. La mayoría de estas aplicaciones multifrecuencia también requieren la capacidad de saltar entre frecuencias de forma rápida y dinámica, lo cual demanda un nivel de control que puede probar ser imposible para un sistema que debe seleccionar rápidamente entre múltiples cristales distintos.
Más allá de la síntesis digital directa
La síntesis digital directa no es la única manera de generar una forma de onda arbitraria. Los sintetizadores de frecuencia basados en Lazo de seguimiento de fase (PLL) son finos cuando la latencia y el tamaño de los componentes analógicos no son una preocupación y la síntesis de frecuencia basa se puede alcanzar usando un convertidor digital-analógico (DAC) y programación inteligente. Sin embargo, las aplicaciones que requieren la agilidad y precisión del control digital se basan casi exclusivamente en DDS.
LosDispositivos analógicos poseen un documento fenomenal de Eva Murphy y Colm Slattery que explica en más detalle la matemática y lógica alrededor de la síntesis digital directa, pero el principio básico se puede explicar con una imagen:
Los componentes de un sintetizador digital directo de los dispositivos analógicos, Ask the Application Engineer #33
DDS usa un reloj de sistema conocido y un número proporcionado por el procesador digital para crear una onda sinusoidal en la posición en una tabla de consulta a la que corresponde el número.
Los dispositivos analógicos dominan la conversación alrededor de la implementación práctica de DDS con familias de CI de baja potencia que realizan todas las etapas de DDS en solo paquete.
El diagrama de bloque funcional de AD9833, uno de los sintetizadores más populares, tiene una similitud clara con la imagen de arriba.
El diagrama de bloque funcional de los dispositivos analógicos AD9833
Este dispositivo pequeño es capaz de producir ondas de salida sinusoidal, triangular y cuadrada, y la frecuencia de salida y fase se pueden programar completamente con software. El CI nominal automotriz de 10 clavijas se comunica con un microcontrolador o DSP mediante un SPI de 3 cables y consume solo mili vatios de energía.
Entender la precisión afinable
La precisión afinable de un CI de síntesis digital directa depende de los registros de frecuencia y de la frecuencia de reloj suministrada. Cuanto más amplios sean los registros, se pueden hacer más partes de la frecuencia de reloj. Por ejemplo, el AD9833 tiene un ancho de bus de 28. Esto significa que puede almacenar 28 bits de datos binarios o dividir una frecuencia de reloj en hasta 268, 435, 455 maneras en la base 10.
Si el reloj suministrado está funcionando a 1 MHz, el dispositivo debe ser capaz de producir una precisión de salida de 1 MHz dividido por 268, 435, 455 o aproximadamente 0,004 Hz. A 25 MHz, la frecuencia de entrada máxima para este dispositivo particular, la salida se puede controlar hasta 0.1 HZ casi instantáneamente.
Las aplicaciones como los osciladores locales ágiles (LO) a menudo requieren mayores frecuencias, pero pueden aceptar menor resolución.
El AD9914 de los Dispositivos analógicos solo usa un registro de frecuencia amplio de 16 bits, pero puede usar una frecuencia de entrada de hasta 3.5 GHz. Esto le proporciona una resolución más basta pero permite el salto de frecuencia con la velocidad de la tecnología digital en altas frecuencias con gran precisión.
La síntesis digital directa no es la mejor solución para cada aplicación. Si está creando un dispositivo de Internet de las cosas que desea habilitar para 2.4 GHz y 5GHz, no necesita saltos de frecuencia ultra rápidos. Sin embargo, si está creando algo que necesita volar por una amplia gama de frecuencias como una fuente de chirp o modulador polar, los CI de síntesis digital directa hacen que sea fácil integrar este método de síntesis altamente complejo a sus diseños.
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