Un sistema DSP necesita la forma de onda sinusoidal u otra generación de forma de onda periódica. Un método utilizado para generar estas formas de onda implica principalmente 'NCO (osciladores controlados numéricamente), donde se utiliza un acumulador digital para producir la dirección en una LUT sinusoidal (tabla de búsqueda). El sistema es muy común tanto en software como en hardware. Por lo tanto, permite cambios inmediatos dentro de la frecuencia/fase instantánea de la forma de onda generada mientras mantiene una propiedad de fase constante dentro de la salida. Una vez que se incorpora con un CAD para generar una forma de onda analógica o/p, el sistema se conoce como DDS o Direct Digital Synthesizer. Por lo tanto, este artículo analiza una descripción general de un oscilador controlado numéricamente o NCO: trabajar con aplicaciones.
¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?
Un oscilador controlado numéricamente es un generador de señal digital que genera una forma de onda sincrónica, de tiempo discreto y valor discreto que generalmente es sinusoidal donde la frecuencia o la fase de la señal se controlan en el diseño. Estos osciladores se combinan con frecuencia con un DAC (convertidor de digital a analógico) en la salida para hacer un DDS directo o un sintetizador digital. Los NCO brindan muchos beneficios sobre otros tipos de osciladores en términos de precisión, agilidad, confiabilidad y estabilidad. Por lo tanto, los amplificadores de audio de clase D, los generadores de tonos, el control de iluminación, los balastos fluorescentes y los circuitos de sintonización de radio se benefician de los NCO. Un oscilador controlado numéricamente se usa en varios sistemas de comunicaciones como sistemas de radar, PLL digitales, sistemas de radio, controladores PSK/ multinivel. FSK moduladores o demoduladores, y muchos más.
Características
Las características de los osciladores controlados numéricamente incluyen lo siguiente.
Frecuencia de salida
La frecuencia de salida generada por NCO es alta, lo que depende principalmente de no. de bits Por ejemplo; un tamaño de 20 bits genera hasta 32 MHz, sin embargo, un tamaño de 16 bits puede generar solo 500 KHz.
Salida flexible
La salida de NCO se puede configurar en un ciclo de trabajo estable, de lo contrario, en una forma de frecuencia de pulso.
Funciona en suspensión de bajo consumo
El oscilador controlado numéricamente puede funcionar en modo de suspensión y es independiente de la CPU.
Varias fuentes de reloj
El oscilador controlado numéricamente puede usar un no. de fuentes de reloj tanto internas como externas.
Funcionalidad de temporizador/contador de N bits
El oscilador controlado numéricamente también se puede utilizar como un temporizador/contador de 20 bits de propósito general dentro de un nuevo modo de trabajo.
Arquitectura del oscilador NCO
La arquitectura del oscilador controlado numéricamente se muestra a continuación. Esta arquitectura incluye dos partes principales PA (acumulador de fase) y PAC (convertidor de fase a amplitud).
Un acumulador de fase agrega un valor de control de frecuencia al valor mantenido en su salida en cada muestra CLK. Un convertidor de fase a amplitud proporciona una muestra de amplitud coincidente con la palabra de salida del acumulador de fase como un índice en una tabla de búsqueda de señales. A veces, la interpolación se utiliza en combinación con la LUT para mejorar la precisión y reducir el ruido de error de la fase. En el software de oscilador controlado numéricamente, se pueden utilizar procedimientos matemáticos como series de potencias para convertir la fase en amplitud.
Una vez cronometrado, el PA o acumulador de fase simplemente crea una señal de diente de sierra de módulo 2 ^ N, luego se cambia a través del PAC (convertidor de fase a amplitud) a una sinusoide muestreada. Aquí 'N' es el no. de bits transportados dentro del acumulador de fase.
El número de bits transportados como 'N' establece la resolución de frecuencia del oscilador y suele ser mucho mayor en comparación con el no. de bits que describen el espacio de memoria de la tabla de búsqueda de PAC.
Si la capacidad del convertidor de fase a amplitud es 2^M, entonces la palabra de salida del acumulador de fase debe reducirse a M bits como se muestra en la figura anterior. Pero, estos bits se utilizan para la interpolación. La reducción de palabra de salida de fase no cambia la precisión de la frecuencia, pero genera un error de fase periódico variable en el tiempo que es la principal fuente de productos espurios.
La precisión de la frecuencia relativa a la frecuencia CLK solo está limitada por la precisión de las matemáticas utilizadas para calcular la fase. Debido a que los osciladores controlados numéricamente son conscientes de la fase y la frecuencia y pueden modificarse ligeramente para generar una salida modulada en frecuencia o modulada en fase mediante la suma en el nodo adecuado, de lo contrario proporcione salidas en cuadratura.
¿Cómo funciona un oscilador controlado numéricamente?
El módulo NCO utiliza el desbordamiento de un acumulador para generar una señal de salida. Por lo tanto, el desbordamiento del acumulador se ha controlado a través de un valor de incremento modificable en lugar de una sola señal CLK. Esto ofrece un beneficio sobre un simple contador controlado por temporizador en el sentido de que el grado de división no cambia por el valor limitado del divisor Prescaler o postscaler. El oscilador controlado numéricamente es muy útil en aplicaciones donde se necesita precisión de frecuencia y excelente resolución en un ciclo de trabajo fijo.
El oscilador controlado numéricamente simplemente funciona agregando un valor fijo con frecuencia a un acumulador. Entonces, las adiciones ocurrirán a la tasa CLK de entrada. A veces, el acumulador se desbordará a través de un acarreo, que es la salida de NCO sin procesar. Esto reduce eficientemente la entrada CLK a través de la relación entre el valor incluido y el valor más alto del acumulador.
Además, la salida de NCO se puede modificar simplemente estirando el pulso. Después de eso, la salida modificada de NCO se distribuye internamente a otros periféricos y, opcionalmente, se envía a un pin de entrada/salida. El desbordamiento del acumulador también puede producir una interrupción.
El período NCO cambia en pasos separados para generar una frecuencia promedio. Entonces, esta salida depende principalmente de la capacidad del circuito receptor para promediar la salida de NCO para disminuir la incertidumbre.
El desbordamiento del módulo NCO depende principalmente de la siguiente fórmula
Tasa de desbordamiento del acumulador = valor de desbordamiento del acumulador/frecuencia CLK de entrada + valor de incremento.
¿Qué es un acumulador de fase?
Es un contador módulo-N que incluye 2^N condiciones digitales que se incrementan por cada señal de entrada de reloj del sistema. El tamaño del incremento depende principalmente del valor de la palabra de sintonización y la M se aplica a la etapa sumadora del acumulador. La palabra de afinación simplemente corrige los incrementos del contador en el tamaño del paso.
Ventajas del oscilador NCO
Las ventajas del oscilador controlado numéricamente incluyen lo siguiente.
- Un oscilador controlado numéricamente ofrece muchos beneficios en comparación con otros tipos de osciladores en términos de estabilidad, precisión y confiabilidad.
- Estos osciladores tienen una arquitectura flexible, por lo que permiten fácilmente programaciones como frecuencia o fase sobre la marcha.
- Los osciladores controlados numéricamente ofrecen varias ventajas sobre otros tipos de osciladores en términos de agilidad, precisión, estabilidad y confiabilidad.
- Los beneficios de NCO permiten a los diseñadores diseñar tableros más rápido, reducir el consumo de energía, ahorrar espacio a bordo y reducir costos.
Usos del oscilador NCO
Las aplicaciones de los osciladores controlados numéricamente incluyen las siguientes.
- El oscilador controlado numéricamente es aplicable cuando se requiere precisión de alta frecuencia, control de frecuencia lineal y excelente resolución en un ciclo de trabajo fijo, como control de balasto e iluminación, fuentes de alimentación resonantes y generadores de tonos.
- Los NCO son circuitos digitales normales que se utilizan en una amplia gama de aplicaciones de temporización, como conversión de velocidad, síntesis de frecuencia y generación de CLK.
- Un NCO se utiliza principalmente para la generación de señales principales en el chip como seno, coseno, LFM o modulación de frecuencia lineal, gaussiana en SoC.
- El módulo NCO es un temporizador que genera una señal de salida utilizando el desbordamiento de un acumulador.
- Estos son muy importantes en las aplicaciones de circuitos de sintonización de radio, iluminación de control, balastos fluorescentes, generadores de tonos y amplificadores de audio de clase D.
- Estos se utilizan a menudo en combinación con un DAC en el o/p para diseñar un DDS (sintetizador digital directo).
- Este es un generador de frecuencia digital, utilizado para limpiar una señal i/p ruidosa de un oscilador.
Este es un generador programable de frecuencia lineal que se utiliza para producir frecuencias de hasta 32 MHz.
Por lo tanto, todo esto se trata una descripción general de un oscilador normalmente controlado que funciona simplemente incluyendo un incremento en un acumulador interno en el borde creciente de cada señal de reloj de entrada. Entonces, la frecuencia de salida del NCO es proporcional al no. de ciclos que tarda el acumulador en desbordarse. Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es un oscilador?
