Oscilador controlat numèricament

Un oscilador controlat numèricament (OCN) és un generador de senyals digitals que crea una representació sincrónica (és dir, sincronisada), en temps discret i en valors discrets d'una forma d'ona, normalment sinusoidal. Els OCN solen utilisar-se junt en un convertidor digital-analògic (DAC) a l'eixida per a crear un sintetisador digital directe (DDS).

Els osciladors controlats numèricament oferixen vàries ventages sobre atres tipos d'osciladors en térmens d'agilitat, precisió, estabilitat i fiabilitat. Els NCO s'utilisen en molts sistemes de comunicacions, inclosos els convertidors de llaç de seguiment de fase digitals utilisats en sistemes inalàmbrics 3G i de radi per software, bucles digitals d'enganche de fase, sistemes de radar, controladors per a transmissions òptiques o acústiques i moduladors/demoduladores FSK/PSK multinivel.

Operació

Un OCN sol constar de dos parts:

• Un acumulador de fase (PA), que afig al valor mantingut en la seua eixida un valor de control de freqüència en cada mostra de rellonge.
• Un convertidor de fase a amplitut (PAC), que utilisa la paraula d'eixida de l'acumulador de fase (paraula de fase) normalment com un índex en una taula de consulta (LUT) de forma d'ona per a proporcionar una mostra d'amplitut corresponent. A voltes s'utilisa l'interpolació en la taula de consulta per a proporcionar una major precisió i reduir el soroll d'error de fase. Es poden utilisar atres métodos de conversió de fase a amplitut, incloent algoritmes matemàtics com series de potència, particularment en un NCO de software.

Archiu:Generic caps block 22 .png

Figura 1: Oscilador controlat numèricament en eixida en quadratura opcional

Quan se sincronisa, l'acumulador de fase (PA) crea una forma d'ona de dent de serra module-2^N que després és convertida pel convertidor de fase a amplitut (PAC) en una sinusoide muestreada, a on N és el número de bits que du l'acumulador de fase. N establix la resolució de freqüència de el NCO i normalment és molt major que el número de bits que definixen l'espai de memòria de la taula de consulta de el PAC. Si la capacitat de el PAC és de 2^M, la paraula d'eixida de el PA deu truncar-se a M bits com es mostra en la Figura 1. No obstant, els bits truncats poden utilisar-se per a l'interpolació. La truncació de la paraula d'eixida de fase no afecta a la precisió de la freqüència, pero produïx un error de fase periòdic variable en el temps que és una font primària de productes espurios. Un atre mecanisme de generació de productes espurios són els efectes de llongitut de paraula finita de la paraula d'eixida PAC (amplitut).

La precisió de la freqüència relativa a la freqüència del rellonge només està llimitada per la precisió de l'aritmètica utilisada per a calcular la fase. Els NCO són àgils en fase i freqüència, i poden modificar-se trivialmente per a produir una eixida modulada en fase o freqüència per mig de la suma en el nodo apropiat, o proporcionar eixides en quadratura com es mostra en la figura.

Acumulador de fase

Un acumulador de fase binario consistix en un sumador binario de N bits i un registre configurat com es mostra en la Figura 1. Cada cicle de rellonge produïx una nova eixida de N bits consistent en l'eixida anterior obtinguda del registre sumada en la paraula de control de freqüència (FCW) que és constant per a una freqüència d'eixida donada. La forma d'ona d'eixida resultant és una escala en tamany de pas $\Delta F$, el valor sancer de el FCW. En algunes configuracions, l'eixida de fase es pren de l'eixida del registre, lo que introduïx una latencia d'un cicle de rellonge pero permet que el sumador funcione a una velocitat de rellonge superior.

Figura 2: Eixida normalisada de l'acumulador de fase

El sumador està dissenyat per a desbordar-se quan la suma del valor absolut dels seus operants supera la seua capacitat (2^N-1). El bit de desbordament es descarta per a que l'esgambi de la paraula d'eixida siga sempre igual a l'esgambi de la paraula d'entrada. El restant ${\varphi }_n$ cridat residu, s'almagasena en el registre i el cicle es repetix, partint esta volta de ${\varphi }_n$(vore la Figura 2). Ya que un acumulador de fase és una màquina d'estat finito, en algun moment el residu en alguna mostra K deu tornar al valor inicial ${\varphi }_0$. L'interval K es denomina taxa de repetició general (GRR) i ve dau per:

$\text{GRR}=\frac{2^N}{\text{GCD}(\Delta F,2^N)}$

A on GCD és la funció del màxim comú divisor. La GRR representa la verdadera periodicitat per a un determinat $\Delta F$ que per a un NCO d'alta resolució pot ser molt llarc. Normalment nos interessa més la freqüència de funcionament determinada per la taxa mija de desbordament, donada per:

$F_{out}=\frac{\Delta F}{2^N}{F}_{clock}$ (1)

La resolució de freqüència, definida com el menor canvi incremental possible en la freqüència, ve donada per:

$F_{res}=\frac{F_{clock}}{2^N}$ (2)

L'equació (1) mostra que l'acumulador de fase pot considerar-se com un divisor de freqüència no sancer programable de relació de divisió $\Delta F/2^N$.

Vore també

• Convertidor digital-analògic (DAC)
• Oscilador controlat per tensió