مذبذب يتم التحكم فيه عدديًا: الهندسة المعمارية والعمل وتطبيقاته

يحتاج نظام DSP إلى الشكل الموجي الجيبي أو أي جيل موجي دوري آخر. تتضمن إحدى الطرق المستخدمة لتوليد هذه الأشكال الموجية بشكل أساسي 'NCOs (المذبذبات التي يتم التحكم فيها رقميًا) ، حيث يتم استخدام مجمع رقمي لإنتاج العنوان في جدول بحث (LUT) (جدول بحث). النظام شائع جدًا في كل من البرامج والأجهزة. لذلك فهو يسمح بإجراء تغييرات فورية داخل التردد / الطور الفوري لشكل الموجة المتولد مع الحفاظ على خاصية طور ثابتة داخل الخرج. بمجرد دمجها مع ملف DAC لإنشاء شكل موجة تناظرية ، يُعرف النظام باسم DDS أو المركب الرقمي المباشر. لذا تتناول هذه المقالة نظرة عامة على ملف مذبذب رقمي أو NCO - العمل مع التطبيقات.

ما هو المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا؟

المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا هو مولد إشارة رقمية يولد شكلاً موجيًا متزامنًا ومنفصلًا وذو قيمة منفصلة والذي يكون بشكل عام جيبيًا حيث يتم التحكم في التردد أو طور الإشارة في التصميم. غالبًا ما يتم دمج هذه المذبذبات مع DAC (محول رقمي إلى تناظري) عند الإخراج لعمل DDS مباشر أو مركب رقمي. يوفر ضباط الصف العديد من الفوائد على الأنواع الأخرى من المذبذبات من حيث الدقة وخفة الحركة والموثوقية والاستقرار. لذلك ، تستفيد كل من مكبرات الصوت من الفئة D ومولدات النغمات والتحكم في الإضاءة وكوابح الفلورسنت ودوائر ضبط الراديو من ضباط الصف. يتم استخدام مذبذب يتم التحكم فيه عدديًا في أنظمة الاتصالات المختلفة مثل أنظمة الرادار ، وأنظمة PLL الرقمية ، وأنظمة الراديو ، وبرامج التشغيل PSK متعددة المستويات / FSK المغيرون أو المستخلصات ، وغيرها الكثير.

سمات

تشمل ميزات المذبذبات التي يتم التحكم فيها عدديًا ما يلي.

تردد الخرج

تردد الخرج الناتج عن NCO مرتفع والذي يعتمد بشكل أساسي على no. من البتات على سبيل المثال ؛ يولد حجم 20 بت ما يصل إلى 32 ميجا هرتز ، ومع ذلك ، يمكن أن يولد حجم 16 بت 500 كيلو هرتز فقط.

إخراج مرن

يمكن ضبط خرج NCO على دورة عمل مستقرة وإلا على شكل تردد النبضة.

يعمل في وضع النوم منخفض الطاقة

قد يعمل المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا في وضع السكون ويكون مستقلاً عن وحدة المعالجة المركزية.

عدة مصادر على مدار الساعة

يمكن للمذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا استخدام علامة no. مصادر الساعة الداخلية والخارجية.

وظيفة N-bit Timer / counter

يمكن أيضًا استخدام المذبذب الذي يتم التحكم فيه رقميًا مثل عداد / عداد 20 بت للأغراض العامة في وضع عمل جديد.

الهندسة المعمارية NCO Oscillator

يتم عرض بنية المذبذب التي يتم التحكم فيها عدديًا أدناه. تشتمل هذه البنية على جزأين رئيسيين PA (مجمع الطور) و PAC (محول الطور إلى السعة).

يضيف تراكم الطور قيمة التحكم في التردد إلى القيمة المحفوظة عند خرجها في كل عينة CLK. يوفر محول الطور إلى السعة عينة سعة مطابقة مع كلمة الإخراج لمراكم الطور مثل فهرس في جدول بحث الإشارة. في بعض الأحيان ، يتم استخدام الاستيفاء بالاشتراك مع طرفية المستعملين (LUT) لتحسين الدقة وتقليل ضوضاء الخطأ في المرحلة. في برنامج المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا ، يمكن استخدام الإجراءات الرياضية مثل سلسلة الطاقة لترجمة الطور إلى سعة.

بمجرد تسجيل الوقت ، ينشئ PA أو مجمع الطور ببساطة إشارة سن المنشار 2 ^ N بعد ذلك يتم تغييرها من خلال PAC (محول الطور إلى السعة) إلى عينة جيبية. هنا 'N' هو لا. من البتات المحمولة داخل مجمع الطور.

عدد البتات المحمولة مثل 'N' يحدد دقة تردد المذبذب وعادة ما يكون أعلى بكثير مقارنة بالرقم. من البتات التي تصف مساحة ذاكرة جدول بحث PAC.

إذا كانت سعة محول الطور إلى السعة 2 ^ M ، فيجب تقليل كلمة خرج مجمع الطور إلى M-bits كما هو موضح في الشكل أعلاه. ولكن ، يتم استخدام هذه البتات في الاستيفاء. لا يغير تقليل كلمة خرج الطور من دقة التردد ولكنه يولد خطأ طور دوري متغير بمرور الوقت هو المصدر الرئيسي للمنتجات الزائفة.

دقة التردد بالنسبة إلى تردد CLK محدودة فقط بدقة الرياضيات المستخدمة لحساب المرحلة. نظرًا لأن المذبذبات التي يتم التحكم فيها عدديًا تدرك الطور والتردد ويمكن تعديلها بشكل طفيف لتوليد ناتج معدل التردد أو معدل الطور عن طريق التجميع في العقدة المناسبة ، وإلا تعطي مخرجات تربيعية.

كيف يعمل مذبذب يتم التحكم فيه عدديًا؟

تستخدم وحدة NCO فيض تراكم لتوليد إشارة خرج. لذلك ، تم التحكم في التدفق الزائد للمجمع من خلال قيمة زيادة قابلة للتعديل بدلاً من مجرد إشارة CLK واحدة. يوفر هذا ميزة على عداد بسيط يعمل بمؤقت حيث أن درجة التقسيم لا تتغير من خلال قيمة مقسم التقسيم المسبق أو قيمة مقسم التقسيم المحدود. يعد المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا مفيدًا جدًا في التطبيقات التي تكون فيها دقة التردد والدقة الممتازة ضرورية في دورة عمل ثابتة.

يعمل المذبذب الذي يتم التحكم فيه رقميًا ببساطة عن طريق إضافة قيمة ثابتة بشكل متكرر إلى المجمع. لذلك ، ستحدث الإضافات بمعدل CLK للإدخال. في بعض الأحيان ، سوف يفيض المجمع من خلال الحمل ، وهو ناتج NCO الخام. هذا يقلل بشكل فعال من إدخال CLK من خلال نسبة القيمة المضمنة إلى أعلى قيمة للمجمع.

علاوة على ذلك ، يمكن تعديل خرج NCO ببساطة عن طريق مد النبض. بعد ذلك ، يتم توزيع الإخراج المعدل لـ NCO داخليًا على الأجهزة الطرفية الأخرى واختيارياً الإخراج إلى دبوس الإدخال / الإخراج. يمكن أن يؤدي فيضان المركم أيضًا إلى حدوث انقطاع.

تتغير فترة ضابط الصف في خطوات منفصلة لتوليد متوسط ​​التردد. لذا فإن هذا الناتج يعتمد بشكل أساسي على قدرة دائرة الاستقبال على متوسط ​​ناتج NCO لتقليل عدم اليقين.
يعتمد تجاوز وحدة NCO بشكل أساسي على الصيغة التالية
معدل التدفق الزائد للمجمع = القيمة الفائضة للمجمع / تردد إدخال CLK + قيمة الزيادة.

ما هو تراكم المرحلة؟

إنه عداد modulo-N يتضمن شروطًا رقمية 2 ^ N والتي يتم زيادتها لكل إشارة إدخال على مدار الساعة للنظام. يعتمد حجم الزيادة بشكل أساسي على قيمة كلمة الضبط ويتم تطبيق M على مرحلة الأفعى في المجمع. تعمل كلمة الضبط على إصلاح زيادات العداد في حجم الخطوة.

مزايا NCO Oscillator

تشمل مزايا المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا ما يلي.

• يوفر المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا العديد من المزايا مقارنة بأنواع المذبذبات الأخرى من حيث الثبات والدقة والموثوقية.
• تتميز هذه المذبذبات بهيكلية مرنة ، لذا فهي تسمح بسهولة بإمكانيات البرمجة مثل التردد أو الطور أثناء الطيران.
• تقدم المذبذبات التي يتم التحكم فيها عدديًا العديد من المزايا على غيرها أنواع المذبذبات من حيث الرشاقة والدقة والاستقرار والموثوقية.
• تتيح مزايا NCO للمصممين تصميم اللوحات بشكل أسرع ، وتقليل استهلاك الطاقة ، وتوفير مساحة العقارات على متن الطائرة وتقليل التكلفة.

يستخدم NCO Oscillator

تشمل تطبيقات المذبذبات التي يتم التحكم فيها عدديًا ما يلي.

• المذبذب الذي يتم التحكم فيه عدديًا قابل للتطبيق حيث يلزم دقة عالية التردد والتحكم في التردد الخطي ودقة ممتازة في دورة عمل ثابتة مثل التحكم في الصابورة والإضاءة وإمدادات الطاقة الرنانة ومولدات النغمات.
• ضباط الصف عبارة عن دوائر رقمية عادية يتم استخدامها في مجموعة واسعة من تطبيقات التوقيت مثل تحويل المعدل وتوليف التردد وتوليد CLK.
• يستخدم NCO بشكل أساسي لتوليد الإشارات الرئيسية على الرقاقة مثل الجيب أو جيب التمام أو LFM أو التردد الخطي المعدل ، Gaussian في SoCs.
• وحدة NCO عبارة عن مؤقت يقوم بتوليد إشارة خرج باستخدام التدفق الزائد للمجمع.
• هذه مهمة جدًا في تطبيقات دوائر ضبط الراديو ، والتحكم في الإضاءة ، وكوابح الفلورسنت ، ومولدات النغمات ومكبرات الصوت من الفئة D.
• تستخدم هذه غالبًا مع DAC عند o / p لتصميم DDS (مركب رقمي مباشر).
• هذا هو مولد تردد رقمي ، يستخدم لتنظيف إشارة i / p المزعجة لمذبذب.
  هذا مولد قابل للبرمجة بتردد خطي يستخدم لإنتاج ترددات تصل إلى 32 ميجاهرتز.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على مذبذب يتم التحكم فيه بشكل طبيعي والذي يعمل ببساطة عن طريق تضمين زيادة في تراكم داخلي على الحافة المتزايدة لكل إشارة ساعة دخل. لذا ، فإن تردد خرج NCO يتناسب مع الرقم. من الدورات التي يحصل عليها المجمع لتفيض. إليك سؤال لك ، ما هو المذبذب؟