Digitální výpočetní syntezátor
Digitální výpočetní syntezátor (DDS ), také známý jako obvod přímé digitální syntézy (DDS), je elektronické zařízení určené k syntéze libovolných průběhů a frekvencí z jediné referenční frekvence dodávané hodinovým generátorem . Charakteristickým rysem DDS je, že vzorky syntetizovaného signálu jsou vypočítány digitálními metodami, poté jsou převedeny do digitálně-analogového převodníku (DAC), kde jsou převedeny do analogové formy ( napěťové nebo proudové ) . .
V tomto se DDS liší od frekvenčních syntezátorů založených na jiných principech, například PLL .
Jak to funguje
Hlavní funkční bloky DDS jsou: fázový akumulátor, převodník fáze na amplitudu, DAC a dolní propust . DDS také obsahuje určité množství paměti , která slouží k uložení parametrů syntetizovaného signálu, jako je frekvence , fáze , amplituda , tvar atd.
V každém cyklu referenční frekvence zvýší akumulátor fáze (obvykle binární čítač) svou hodnotu o hodnotu zapsanou do paměťové buňky, zapsané číslo se obvykle nazývá fázový přírůstek. V důsledku toho se hodnota fázového akumulátoru lineárně zvyšuje s časem. Potom se takto vypočítaná hodnota fáze v každém cyklu převede na hodnotu amplitudy. V zásadě může být tato transformace libovolná a závisí na aplikaci. V praxi nejběžnějším případem pro syntézu harmonických kmitů se počítá sinus hodnoty aktuální fáze. Výsledek výpočtu je přiveden na vstup DAC, jehož výstupní signál je ze vzorkovacích kroků vyhlazován dolní propustí.
Funkce
Jednou z důležitých vlastností takových zařízení je vysoké rozlišení nastavení hodnot reprodukovatelných frekvencí a jejich absolutní přesnost (za předpokladu ideálního hlavního oscilátoru). Zařízení jsou k dispozici s krokem ladění menším než 0,00001 Hz, s výstupními frekvencemi od nula hertzů do stovek megahertzů a referenční frekvencí řádově gigahertz [1] [2] .
Rychlost (čas) ladění výstupní frekvence z jedné hodnoty na druhou je velmi vysoká a stabilní a je určována především dobou trvání impulsní odezvy analogového obnovovacího filtru na výstupu syntezátoru; samotná restrukturalizace probíhá prakticky okamžitě. Doba ladění nezávisí na rozdílu mezi počáteční a konečnou frekvencí. Některé syntezátory tohoto typu poskytují mimo jiné automatický lineární inkrement nebo frekvenční skok. V tomto případě není fázový přírůstek konstantní, ale mění se podle daného zákona.
Jako nevýhodu lze poukázat na vyšší spotřebu energie oproti řešení PLL z důvodu velkého množství výpočtů a vyšší úroveň neharmonických rušivých složek ve spektru syntetizovaného signálu.
Praktické provedení
Jasným příkladem implementace popsaného principu může být následující kód v jazyce C :
#include <math.h> int next_amp ( int dph ) { static int fáze = 0 ; int zesilovač ; fáze += dph ; zesilovač = 511,5 * sin ( 2 * M_PI * fáze / 0x100000000L ); návrat & ; }Zde dph je fázový přírůstek, fáze je proudová (okamžitá) fáze, amp je proudová (okamžitá) amplituda syntetizovaného harmonického signálu. Pokud je funkce next_amp volána s hodinovou frekvencí , pak její návratové hodnoty budou vzorky sinusového signálu s frekvencí a amplitudou 511,5 (navzdory skutečnosti, že návratové hodnoty samy o sobě jsou celá čísla). Tato amplituda odpovídá vstupnímu rozsahu 10bitového DAC.
Je zde také využita vlastnost periodicity funkce sinus, a to fakt, že při přetečení akumulátoru fáze se jeho hodnota změní o 2 32 a argument sinus se změní o 2π, což nemá vliv na výsledek.