Um sistema DSP precisa da forma de onda senoidal ou outra geração de forma de onda periódica. Um método usado para gerar essas formas de onda envolve principalmente “NCOs (Osciladores Numericamente Controlados), onde um acumulador digital é utilizado para produzir o endereço em uma LUT senoidal (tabela de consulta). O sistema é muito comum em software e hardware. Assim, permite mudanças imediatas dentro da frequência/fase instantânea da forma de onda gerada enquanto mantém uma propriedade de fase constante dentro da saída. Uma vez incorporado a um DAC para gerar uma forma de onda o/p analógica, então o sistema é conhecido como DDS ou Sintetizador Digital Direto. Portanto, este artigo discute uma visão geral de um oscilador controlado numericamente ou NCO – trabalhando com aplicativos.
O que é um oscilador controlado numericamente?
Um oscilador controlado numericamente é um gerador de sinal digital que gera uma forma de onda síncrona, de tempo discreto e de valor discreto, geralmente senoidal, onde a frequência ou fase do sinal é controlada no projeto. Esses osciladores são frequentemente combinados com um DAC (conversor digital para analógico) na saída para fazer um DDS direto ou sintetizador digital. Os NCOs fornecem muitos benefícios sobre outros tipos de osciladores em termos de precisão, agilidade, confiabilidade e estabilidade. Assim, amplificadores de áudio classe D, geradores de tom, controle de iluminação, reatores fluorescentes e circuitos de sintonia de rádio se beneficiam dos NCOs. Um oscilador controlado numericamente é usado em vários sistemas de comunicação, como sistemas de radar, PLLs digitais, sistemas de rádio, drivers multinível PSK/ FSK moduladores ou demoduladores, e muitos mais.
Recursos
Os recursos dos osciladores controlados numericamente incluem o seguinte.
Frequência de saída
A frequência de saída gerada pelo NCO é alta, que depende principalmente do no. de bits Por exemplo; um tamanho de 20 bits gera até 32 MHZ, no entanto, um tamanho de 16 bits pode gerar apenas 500 KHz.
Saída Flexível
A saída de NCO pode ser configurada para um ciclo de trabalho estável, caso contrário, para uma forma de frequência de pulso.
Funciona em modo de suspensão de baixa potência
O oscilador controlado numericamente pode funcionar no modo de hibernação e é independente da CPU.
Várias fontes de relógio
O oscilador controlado numericamente pode usar um não. de fontes de relógio internas e externas.
Funcionalidade de temporizador/contador de N bits
O oscilador controlado numericamente também pode ser utilizado como um temporizador/contador de 20 bits de propósito geral dentro de um novo modo de trabalho.
Arquitetura do oscilador NCO
A arquitetura do oscilador controlado numericamente é mostrada abaixo. Esta arquitetura inclui duas partes principais PA (acumulador de fase) e PAC (conversor fase-amplitude).
Um acumulador de fase adiciona um valor de controle de frequência ao valor mantido em sua saída a cada amostra CLK. Um conversor de fase para amplitude fornece uma amostra de amplitude correspondente com a palavra de saída do acumulador de fase como um índice em uma tabela de consulta de sinal. Às vezes, a interpolação é utilizada em combinação com o LUT para aumentar a precisão, bem como reduzir o ruído de erro da fase. No software do oscilador controlado numericamente, procedimentos matemáticos, como séries de potência, podem ser usados para converter a fase em amplitude.
Uma vez cronometrado, o PA ou acumulador de fase simplesmente cria um sinal de dente de serra de módulo 2 ^ N depois que ele é alterado através do PAC (conversor de fase para amplitude) para uma senóide amostrada. Aqui 'N' é o não. de bits transportados dentro do acumulador de fase.
O número de bits transportados como 'N' define a resolução de frequência do oscilador e geralmente é muito maior em comparação com o não. de bits descrevendo o espaço de memória da tabela de consulta PAC.
Se a capacidade do conversor de fase para amplitude for 2^M, a palavra de saída do acumulador de fase deve ser reduzida para M-bits, conforme mostrado na figura acima. Mas, esses bits são usados para interpolação. A redução da palavra de saída de fase não altera a precisão da frequência, mas gera um erro de fase periódico variável no tempo que é a principal fonte de produtos espúrios.
A precisão da frequência relativa à frequência CLK é limitada apenas pela precisão da matemática usada para calcular a fase. Como os osciladores controlados numericamente são conscientes de fase e frequência e podem ser levemente modificados para gerar uma saída modulada em frequência ou modulada em fase por soma no nó adequado, caso contrário, fornecem saídas de quadratura.
Como funciona um oscilador controlado numericamente?
O módulo NCO usa o estouro de um acumulador para gerar um sinal de saída. Portanto, o estouro do acumulador foi controlado por meio de um valor de incremento modificável em vez de apenas um único sinal CLK. Isso oferece uma vantagem em relação a um contador simples controlado por temporizador, pois o grau de divisão não é alterado pelo valor limitado do divisor pré-dimensionador ou pós-escalonador. O oscilador controlado numericamente é muito útil em aplicações onde é necessária precisão de frequência e excelente resolução em um ciclo de trabalho fixo.
O oscilador controlado numericamente simplesmente funciona adicionando um valor fixo frequentemente a um acumulador. Portanto, as adições ocorrerão na taxa CLK de entrada. Às vezes, o acumulador transborda por meio de um carry, que é a saída do NCO bruto. Isso diminui eficientemente o CLK de entrada por meio da proporção do valor incluído para o valor mais alto do acumulador.
Além disso, a saída do NCO pode ser modificada simplesmente esticando o pulso. Depois disso, a saída modificada do NCO é distribuída internamente para outros periféricos e, opcionalmente, enviada para um pino de entrada/saída. O transbordamento do acumulador também pode produzir uma interrupção.
O período NCO muda em etapas separadas para gerar uma frequência média. Portanto, essa saída depende principalmente da capacidade do circuito receptor de calcular a média da saída do NCO para diminuir a incerteza.
O estouro do módulo NCO depende principalmente da seguinte fórmula
Taxa de Estouro do Acumulador = Valor de Estouro do Acumulador/Frequência CLK de Entrada + Valor de Incremento.
O que é um Acumulador de Fase?
É um contador módulo-N que inclui condições digitais 2^N que são aumentadas para cada sinal de entrada de clock do sistema. O tamanho do incremento depende principalmente do valor da palavra de ajuste e o M é aplicado ao estágio adicionador do acumulador. A palavra de afinação simplesmente corrige os incrementos do contador no tamanho do passo.
Vantagens do oscilador NCO
As vantagens do oscilador controlado numericamente incluem o seguinte.
- Um oscilador controlado numericamente oferece muitos benefícios em comparação com outros tipos de osciladores em termos de estabilidade, precisão e confiabilidade.
- Esses osciladores têm uma arquitetura flexível, de modo que permitem facilmente programabilidades como frequência ou fase instantânea.
- Osciladores controlados numericamente oferecem várias vantagens sobre outros tipos de osciladores em termos de agilidade, precisão, estabilidade e confiabilidade.
- Os benefícios do NCO permitem que os projetistas projetem placas mais rapidamente, reduzam o consumo de energia, economizem espaço a bordo e reduzam custos.
Usos do oscilador NCO
As aplicações de osciladores controlados numericamente incluem o seguinte.
- O oscilador controlado numericamente é aplicável onde a precisão de alta frequência, controle de frequência linear e excelente resolução em um ciclo de trabalho fixo são necessários, como lastro e controle de iluminação, fontes de alimentação ressonantes e geradores de tom.
- NCOs são circuitos digitais normais que são utilizados em uma ampla gama de aplicações de temporização, como conversão de taxa, síntese de frequência e geração de CLK.
- Um NCO é usado principalmente para geração de sinais principais no chip, como seno, cosseno, LFM ou frequência linear modulada, gaussiana em SoCs.
- O módulo NCO é um temporizador que gera um sinal de saída usando o estouro de um acumulador.
- Estes são muito importantes nas aplicações de circuitos de sintonia de rádio, controle de iluminação, reatores fluorescentes, geradores de tom e amplificadores de áudio classe D.
- Estes são frequentemente usados em combinação com um DAC no o/p para projetar um DDS (sintetizador digital direto).
- Este é um gerador de frequência digital, usado para limpar um sinal i/p ruidoso de um oscilador.
Este é um gerador programável de frequência linear usado para produzir frequências de até 32 MHz.
Assim, trata-se de tudo uma visão geral de um oscilador normalmente controlado que funciona simplesmente incluindo um incremento para um acumulador interno na borda crescente de cada sinal de clock de entrada. Portanto, a frequência de saída do NCO é proporcional ao no. de ciclos que leva para o acumulador estourar. Aqui está uma pergunta para você, o que é um oscilador?
