מערכת DSP זקוקה לצורת הגל הסינוסואידלית או ליצירת צורת גל תקופתית אחרת. שיטה אחת המשמשת להפקת צורות גל אלו כוללת בעיקר 'NCOs (נומרית מבוקרים מתנדים), כאשר מצבר דיגיטלי משמש כדי לייצר את הכתובת לתוך סינוס LUT (טבלת חיפוש). המערכת נפוצה מאוד הן בתוכנה והן בחומרה. כך שהוא מאפשר שינויים מיידיים בתוך התדר/פאזה המיידיים של צורת הגל שנוצרת תוך שמירה על תכונת פאזה קבועה בתוך הפלט. ברגע שהוא משולב עם א DAC כדי ליצור צורת גל o/p אנלוגית, אז המערכת ידועה בשם DDS או Direct Digital Synthesizer. אז מאמר זה דן בסקירה כללית של א מתנד בשליטה מספרית או מש'ק - עבודה עם אפליקציות.
מהו מתנד בשליטה מספרית?
מתנד מבוקר מספרית הוא מחולל אותות דיגיטלי שיוצר צורת גל סינכרונית, בזמן בדידות ובדידות, שהן בדרך כלל סינוסואידיות כאשר התדר או הפאזה של האות נשלטים בתכנון. מתנדים אלה משולבים לעתים קרובות עם DAC (ממיר דיגיטלי לאנלוגי) במוצא כדי ליצור DDS ישיר או סינתיסייזר דיגיטלי. מש'קים מספקים יתרונות רבים על פני סוגים אחרים של מתנדים במונחים של דיוק, זריזות, אמינות ויציבות. אז, מגברי שמע מסוג D, מחוללי צלילים, בקרת תאורה, נטל פלורסנט ומעגלי כוונון רדיו כולם נהנים מהמש'קים. מתנד מבוקר מספרית משמש במערכות תקשורת שונות כמו מערכות מכ'ם, PLLs דיגיטליים, מערכות רדיו, מנהלי התקנים multi-level PSK/ FSK מאפננים או דמודולטורים, ועוד רבים.
תכונות
התכונות של מתנדים הנשלטים מספרית כוללים את הדברים הבאים.
תדר פלט
תדר המוצא שנוצר על ידי NCO הוא גבוה אשר תלוי בעיקר ב-No. של ביטים למשל; גודל של 20 סיביות מייצר עד 32 מגה-הרץ, עם זאת, גודל של 16 סיביות יכול ליצור רק 500 קילו-הרץ.
תפוקה גמישה
ניתן להגדיר את הפלט של NCO למחזור עבודה יציב אחרת לצורת תדר דופק.
עובד בשינה בהספק נמוך
המתנד הנשלט מספרית עשוי לפעול במצב שינה ואינו תלוי במעבד.
מספר מקורות שעון
המתנד הנשלט מספרית יכול להשתמש ב-No. של מקורות שעון פנימיים וחיצוניים כאחד.
פונקציונליות של טיימר/מונה N-bit
ניתן להשתמש במתנד הנשלט מספרית כמו טיימר/מונה של 20 סיביות לשימוש כללי במצב עבודה חדש.
ארכיטקטורת מתנד NCO
ארכיטקטורת המתנד הנשלטת מספרית מוצגת להלן. ארכיטקטורה זו כוללת שני חלקים עיקריים PA (מצבר פאזה) ו-PAC (ממיר פאזה לאמפליטודה).
מצבר פאזה מוסיף ערך בקרת תדר לערך שנשמר בפלט שלו בכל דגימת CLK. ממיר פאזה לאמפליטודה מספק דגימת משרעת תואמת עם מילת הפלט של מצבר פאזה כמו אינדקס לתוך טבלת בדיקת אותות. לפעמים, נעשה שימוש באינטרפולציה בשילוב עם ה-LUT כדי לשפר את הדיוק וכן להפחית את רעש השגיאה של הפאזה. בתוכנת מתנד שנשלטת מספרית, ניתן להשתמש בהליכים מתמטיים כגון סדרת הספק כדי לתרגם פאזה לאמפליטודה.
לאחר השעון, ה-PA או מצבר הפאזה פשוט יוצר אות שן מסור מודולו 2^N לאחר שהוא משתנה דרך ה-PAC (ממיר שלב לאמפליטודה) לסינוסואיד שנדגם. כאן 'N' הוא ה-לא. של ביטים נישאים בתוך מצבר הפאזה.
מספר הביטים הנישאים כמו 'N' קובע את רזולוציית התדר של המתנד, ובדרך כלל הוא גבוה בהרבה בהשוואה ל-No. של ביטים המתארים את שטח הזיכרון של טבלת בדיקת ה-PAC.
אם הקיבולת של ממיר פאזה למשרעת היא 2^M, אזי יש לצמצם את מילת הפלט של מצבר הפאזה ל-M-bits כפי שמוצג באיור לעיל. אבל, ביטים אלה משמשים לאינטרפולציה. הפחתת מילת פלט הפאזה אינה משנה את דיוק התדר אך היא יוצרת שגיאת פאזה תקופתית משתנה בזמן היא המקור העיקרי למוצרים מזויפים.
דיוק התדר ביחס לתדר CLK מוגבל רק על ידי הדיוק של המתמטיקה המשמשת לחישוב הפאזה. מכיוון שמתנדים מבוקרים מספרית מודעים לשלב ולתדר וניתן לשנותם מעט כדי ליצור פלט מאופנן תדר או מאופנן פאזה על ידי סיכום בצומת המתאים, אחרת תן פלטי ריבוע.
כיצד פועל מתנד מבוקר מספרית?
מודול ה-NCO משתמש בגלישה של מצבר כדי ליצור אות פלט. אז, הגלישה של המצבר נשלטה באמצעות ערך תוספת שניתן לשינוי במקום רק אות CLK בודד. זה מציע יתרון על פני מונה פשוט מונע על ידי טיימר בכך שמידת החלוקה אינה משתנה על ידי הערך המוגבלת של Prescaler או postscaler divider. המתנד הנשלט מספרית שימושי מאוד ביישומים שבהם יש צורך בדיוק תדר ורזולוציה מצוינת במחזור עבודה קבוע.
המתנד הנשלט מספרית פשוט פועל על ידי הוספת ערך קבוע לעתים קרובות למצבר. אז, תוספות יתרחשו בקצב הקלט CLK. לפעמים, המצבר יעלה על גדותיו דרך סחב, שהוא הפלט של מש'ק גולמי. זה מקטין ביעילות את הקלט CLK דרך היחס בין הערך הכלול לערך הגבוה ביותר של המצבר.
יתר על כן, ניתן לשנות את הפלט של NCO פשוט על ידי מתיחת הדופק. לאחר מכן, הפלט שהשתנה של NCO מופץ באופן פנימי לציוד היקפי אחר ובאופן אופציונלי פלט לפין קלט/פלט. גם הצפת המצבר עלולה לייצר הפרעה.
תקופת המש'ק משתנה בשלבים נפרדים כדי ליצור תדירות ממוצעת. אז תפוקה זו תלויה בעיקר ביכולת של מעגל המקבל לממוצע את התפוקה של NCO כדי להפחית את אי הוודאות.
ההצפה של מודול ה-NCO תלויה בעיקר בנוסחה הבאה
קצב הצפה של מצבר = ערך הצפה של מצבר/קלט CLK תדר + ערך תוספת.
מהו מצבר פאזה?
זהו מונה מודולו-N הכולל 2^N תנאים דיגיטליים המוגדלים עבור כל אות קלט שעון של המערכת. גודל התוספת תלוי בעיקר בערך מילת הכוונון וה-M מוחל על שלב החיבור של המצבר. מילת הכוונון פשוט מתקנת את מרווחי המונה בגודל הצעד.
יתרונות מתנד NCO
יתרונות המתנד הנשלטים מספרית כוללים את הדברים הבאים.
- מתנד מבוקר מספרית מציע יתרונות רבים בהשוואה לסוגי מתנד אחרים מבחינת יציבות, דיוק ואמינות.
- מתנדים אלו הם בעלי ארכיטקטורה גמישה כך שהם מאפשרים בקלות תכנות כמו תדר בזמן או פאזה.
- מתנדים בשליטה מספרית מציעים מספר יתרונות על פני אחרים סוגי מתנדים במונחים של זריזות, דיוק, יציבות ואמינות.
- היתרונות של NCO מאפשרים למעצבים לעצב לוחות מהר יותר, להפחית את צריכת החשמל, לחסוך בשטח נדל'ן ולהפחית עלויות.
שימושים במתנד NCO
היישומים של מתנדים מבוקרים מספרית כוללים את הדברים הבאים.
- המתנד הנשלט מספרי ישים כאשר נדרש דיוק בתדר גבוה, בקרת תדר ליניארי ורזולוציה מצוינת במחזור עבודה קבוע כמו בקרת נטל ותאורה, ספקי כוח תהודה ומחוללי גוונים.
- NCOs הם מעגלים דיגיטליים רגילים המשמשים במגוון רחב של יישומי תזמון כמו המרת קצב, סינתזת תדרים ויצירת CLK.
- NCO משמש בעיקר לייצור אותות עיקריים על-שבב כמו סינוס, קוסינוס, LFM או תדר ליניארי מאופנן, גאוס ב-SoCs.
- מודול ה-NCO הוא טיימר שיוצר אות פלט על ידי שימוש בגלישה של מצבר.
- אלה משמעותיים מאוד ביישומים של מעגלי כוונון רדיו, שליטה בתאורה, נטל פלורסנט, מחוללי צלילים ומגברי שמע מסוג Class-D.
- אלה משמשים לעתים קרובות בשילוב עם DAC ב-o/p כדי לעצב DDS (סינתיסייזר דיגיטלי ישיר).
- זהו מחולל תדרים דיגיטלי, המשמש לניקוי אות i/p רועש של מתנד.
זהו מחולל הניתן לתכנות תדר ליניארי המשמש להפקת תדרים של עד 32 מגה-הרץ.
לפיכך, מדובר בסך הכל סקירה כללית של מתנד נשלט בדרך כלל שפועל פשוט על ידי הכללת תוספת למצבר פנימי בקצה הגובר של כל אות שעון כניסה. אז, תדר הפלט של המש'ק הוא פרופורציונלי למס'. של מחזורים שהוא מקבל כדי שהמצבר יעלה על גדותיו. הנה שאלה בשבילך, מה זה מתנד?
