Technical University of Iasi, Romania

Faculty of Electronics and Telecommunications

Signals, Circuits and Systems laboratory

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Prof. Victor Grigoras

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Cuprins

� Clasificarea generatoarelor

� Filtre reursive la limita de stabilitate

� Sintetizoare digitale directe

� Principiu de functionare

� Reducerea capacitatii de memorie

� Puritatea spectrala

� Aplicatii

� Bucle de calare a fazei numerice

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Clasificare

� Generatoare de semnal armonic

� Filtre recursive la limita de stabilitate

� Sintetizoare digitale directe (DDS)

� Bucle de calare a fazei digitale

� Cerinte:

� Rezolutie in frecventa

� Puritate spectrala

� Generatoare de semnal arbitrar

� Sintetizoare digitale directe (DDS)

� Cerinte:

� Precizie ridicata in timp si amplitudine

� Generatoare de zgomot

� Registre digitale cu reactie

� Sisteme digitale haotice

� Cerinte:

� Proprietati statistice “bune”

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Filtre recursive la limita de stabilitate

Limitari impuse de cuantizarea coeficientilor

1jz e ϕρ ρ±= ⋅ =

b

r*r

Semnal

generat

1/z

Registru

1/z

RegistruQuantizer

a

2 r cos fi

( ) 1 2 2

1( )

1 2 cosH z

z zρ ϕ ρ− −=

− +

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Sintetizoare digitale directe (DDS)

• Principiul sintetizorului digital direct:

( )[ 1] [ ] modn n Nφ φ φ+ = + ∆

Frecventa Acumulator

de faza

Formator

de unda

FazaSemnal

( )[ ] sin [ ]s n nφ=

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Sintetizoare digitale directe (DDS)

� Implementare

Semnal

generat

1/z

RegistruLookup

Table

(ROM)

Convertor

D/A

Frecventa

Constant

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Reducerea volumului de memorie

� Metode

� Cuantizarea fazei (reducerea numarului de biti din reprezentarea fazei)

� Utilizarea simetriei semnalului generat

� Reducerea gamei dinamice a semnalului generat (a numarului de biti ai rezultatului)

� Aproximarea functiei neliniare prin partitionare

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Cuantizarea fazei

� Se reduce numarul de biti din reprezentarea argumentului functiei

neliniare, deci numarul de locatii de memorie

� Cuantizorul de faza nu este un circuit ci o modificare a conexiunilor,

pentru a se lua in consideratie numai bitii cei mai semnificativi

Frecventa

N - 1

Faza

N

Faza

P<N

Acumulator

de faza

Cuantizor

de faza

Formator

de unda

Semnal

M

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Simetria functiei sinus

� Se reduce volumul de date necesar prin reducerea la primul cadran:

Up

Down

Primele 2 cadrane

Semnal

generat

XOR

Schimbare

de semn

u

ICy

1

zRegistru Lookup

Table

(ROM)

Convertor

D/A

Frecventa

Constant

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Reducerea gamei dinamice a valorilor

Valoaresemnal

Faza φ0 π/2

sin(φ)−2φ/π

sin(φ)

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Aproximarea functiei neliniare prin partitionare

( ) ( ) ( ) ( ) ( )sin sin cos sin cosα β α β β α+ = +

( ) ( ) ( )sin cos sinα β α β β+ ≈ +

( ) ( )sin cos 1α β α α α⇒ ≈ ≈≪

alfa

beta

sin beta

(ROM)

cos beta

(ROM)

Semnal

generat

1/z

Registru Mult

Convertor

D/A

Frecventa

Constant Add

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Puritatea spectrala

• Masuratori:

– La distanta mare in frecventa

– In apropierea frecventei generate

• Puritatea spectrala in apropierea frecventei generate estedominata de stabilitatea generatorului de tact si de functionareasincrona a sitemului

• La mare distanta in frecventa, puritatea spectrala depinde de precizia de implementare a functiei neliniare

• Dominanta este cuantizarea fazei, gama dinamica fiind:

6,02 3,92SFDR P dB≈ +

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Metoda perturbarii fazei (dithering)

� Prin afectarea celor mai putin semnificativi biti cu un semnal(pseudo) aleator, spectrul devine mai larg, dar cu amplitudinemai mica

� Puritatea spectrala in banda ingusta se deterioreaza

Semnal

generat

1/z

RegistruLookup

Table

(ROM)Dither

Cuantizor

de faza

Convertor

D/A

Frecventa

Constant

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Exemplu de masuratoare (AD9854)

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Aplicare ca generator de functii arbitrare

� Tabela de valori poate contine si alte functii

� Tabela de valori poate fi programata extern

� Tabela de valori implementata cu memorii RAM

Y0

UY

Valori

(RAM)

Semnal

generat

1/z

Registru

acumulator

Func_ext

Interfata

Convertor

D/A

Frecventa

Constant

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Aplicare ca oscilator comandat

� Valoarea acumulata, cu semnificatie de frecventa instantanee, poate fi variabila in timp

Semnal

generat

1/z

RegistruLookup

Table

(ROM)

Convertor

D/A

Comanda

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

PLL analogic

� Cu exceptia divizorului (divizoarelor) de frecventa, toatecelelalte blocuri constructive sunt analogice

Comparator

de faza

VCO

analogic

Semnal

generat

Frecventa

Referinta

1

s+1FTJ

analogic

Divizor de

frecventa

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Includerea DDS in PLL digital

� Toate blocurile constructive sunt digitale

Comparator

de faza

VCO DDS

digital

Semnal

generat

Frecventa

Referinta

1

z+0.5

FTJ

digital

Divizor

frecventa

Convertor

D/A

GENERATOARE DE SEMNAL DIGITALE

Concluzii

� Varianta cea mai eficienta este DDS

� Aplicabilitate in comunicatii

� PLL digitale pentru banda mai larga de frecvente

� PLL mixte pentru frecvente mai ridicate