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