Osilator yang Dikendalikan Secara Numerik : Arsitektur, Cara Kerja & Aplikasinya

Sistem DSP memerlukan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. Salah satu metode yang digunakan untuk menghasilkan bentuk gelombang ini terutama melibatkan “NCOs (Numerically Controlled Oscillators), di mana akumulator digital digunakan untuk menghasilkan alamat menjadi LUT sinus (tabel pencarian). Sistem ini sangat umum di perangkat lunak & perangkat keras. Jadi ini memungkinkan perubahan langsung dalam frekuensi/fase instan dari bentuk gelombang yang dihasilkan sambil mempertahankan properti fase konstan dalam output. Setelah digabungkan dengan a DAC untuk menghasilkan bentuk gelombang output daya analog, maka sistem tersebut dikenal sebagai DDS atau Direct Digital Synthesizer. Maka artikel ini membahas tentang ikhtisar a osilator yang dikontrol secara numerik atau NCO – bekerja dengan aplikasi.

Apa itu Osilator yang Dikendalikan Secara Numerik?

Osilator yang dikontrol secara numerik adalah generator sinyal digital yang menghasilkan bentuk gelombang sinkron, waktu diskrit, dan nilai diskrit yang umumnya sinusoidal di mana frekuensi atau fase sinyal dikontrol dalam desain. Osilator ini sering digabungkan dengan DAC (konverter digital-ke-analog) pada keluaran untuk membuat DDS langsung atau penyintesis digital. NCO memberikan banyak manfaat dibandingkan jenis osilator lainnya dalam hal akurasi, kelincahan, keandalan & stabilitas. Jadi, amplifier audio kelas D, generator nada, kontrol pencahayaan, ballast fluoresen, dan sirkuit penyetelan radio semuanya mendapat manfaat dari NCO. Osilator yang dikontrol secara numerik digunakan dalam berbagai sistem komunikasi seperti sistem radar, PLL digital, sistem radio, driver multilevel PSK/ FSK modulator atau demodulator, dan masih banyak lagi.

Fitur

Fitur osilator yang dikontrol secara numerik meliputi yang berikut ini.

Frekuensi Keluaran

Frekuensi keluaran yang dihasilkan oleh NCO tinggi yang terutama bergantung pada no. bit Misalnya; ukuran 20-bit menghasilkan hingga 32 MHZ, namun ukuran 16-bit hanya dapat menghasilkan 500 KHz.

Keluaran Fleksibel

Output dari NCO dapat diatur ke siklus tugas yang stabil jika tidak ke bentuk frekuensi pulsa.

Bekerja dalam Tidur Daya Rendah

Osilator yang dikontrol secara numerik dapat berjalan dalam mode tidur & tidak bergantung pada CPU.

Beberapa Sumber Jam

Osilator yang dikontrol secara numerik dapat menggunakan no. sumber jam baik internal & eksternal.

Fungsi Timer/Counter N-bit

Osilator yang dikontrol secara numerik juga dapat digunakan seperti timer/counter 20-bit tujuan umum dalam mode kerja baru.

Arsitektur Osilator NCO

Arsitektur osilator yang dikontrol secara numerik ditunjukkan di bawah ini. Arsitektur ini mencakup dua bagian utama PA (akumulator fase) dan PAC (konverter fase ke amplitudo).

Akumulator fase menambahkan nilai kontrol frekuensi ke nilai yang disimpan pada outputnya di setiap sampel CLK. Konverter fase ke amplitudo menyediakan sampel amplitudo yang cocok dengan kata keluaran akumulator fase seperti indeks ke dalam tabel pencarian sinyal. Kadang-kadang, interpolasi digunakan dalam kombinasi dengan LUT untuk meningkatkan akurasi serta mengurangi derau kesalahan fase. Dalam perangkat lunak osilator yang dikontrol secara numerik, prosedur matematis seperti deret daya dapat digunakan untuk menerjemahkan fase menjadi amplitudo.

Setelah clock, PA atau akumulator fase hanya membuat sinyal gigi gergaji modulo 2 ^ N setelah itu diubah melalui PAC (konverter fase ke amplitudo) ke sinusoid sampel. Di sini 'N' adalah no. bit yang dibawa dalam akumulator fase.

Jumlah bit yang dibawa seperti 'N' mengatur resolusi frekuensi osilator & biasanya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan no. bit yang menjelaskan ruang memori tabel pencarian PAC.

Jika kapasitas konverter fase ke amplitudo adalah 2 ^ M, maka kata keluaran akumulator fase harus dikurangi menjadi M-bit seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Tapi, bit ini digunakan untuk interpolasi. Pengurangan kata output fase tidak mengubah akurasi frekuensi tetapi menghasilkan kesalahan fase periodik yang bervariasi waktu adalah sumber utama produk palsu.

Akurasi frekuensi relatif terhadap frekuensi CLK hanya dibatasi oleh akurasi matematika yang digunakan untuk menghitung fase. Karena osilator yang dikontrol secara numerik menyadari fase & frekuensi dan dapat sedikit dimodifikasi untuk menghasilkan output termodulasi frekuensi atau termodulasi fase dengan penjumlahan pada node yang sesuai, jika tidak, berikan output kuadratur.

Bagaimana Cara Kerja Osilator yang Dikendalikan Secara Numerik?

Modul NCO menggunakan luapan akumulator untuk menghasilkan sinyal keluaran. Jadi, limpahan akumulator telah dikontrol melalui nilai kenaikan yang dapat dimodifikasi, bukan hanya satu sinyal CLK. Ini menawarkan keuntungan dibandingkan pencacah sederhana yang digerakkan oleh pengatur waktu karena tingkat pembagian tidak berubah oleh nilai pembagi Prescaler atau postscaler yang terbatas. Osilator yang dikontrol secara numerik sangat berguna dalam aplikasi di mana akurasi frekuensi & resolusi yang sangat baik pada siklus tetap diperlukan.

Osilator yang dikontrol secara numerik hanya bekerja dengan sering menambahkan nilai tetap ke akumulator. Jadi, penambahan akan terjadi pada tingkat input CLK. Terkadang, akumulator akan meluap melalui carry, yang merupakan output dari NCO mentah. Ini secara efisien menurunkan CLK input melalui rasio nilai yang dimasukkan ke nilai tertinggi akumulator.

Selanjutnya, output NCO dapat dimodifikasi hanya dengan meregangkan pulsa. Setelah itu, output NCO yang dimodifikasi didistribusikan secara internal ke periferal lain & secara opsional dikeluarkan ke pin input/output. Luapan akumulator juga dapat menghasilkan gangguan.

Periode NCO berubah dalam langkah-langkah terpisah untuk menghasilkan frekuensi rata-rata. Jadi keluaran ini terutama bergantung pada kapasitas sirkuit penerima untuk rata-rata keluaran NCO untuk mengurangi ketidakpastian.
Luapan modul NCO terutama bergantung pada rumus berikut
Laju Luapan Akumulator = Nilai Luapan Akumulator/Frekuensi CLK Input + Nilai Kenaikan.

Apa itu Akumulator Fase?

Ini adalah penghitung modulo-N yang mencakup 2 ^ N kondisi digital yang meningkat untuk setiap sinyal input jam dari sistem. Ukuran kenaikan terutama tergantung pada nilai kata penyetelan dan M diterapkan ke tahap penambah akumulator. Kata penyetelan hanya memperbaiki penambahan counter dalam ukuran langkah.

Keuntungan Osilator NCO

Keuntungan osilator yang dikontrol secara numerik meliputi yang berikut ini.

• Osilator yang dikontrol secara numerik menawarkan banyak manfaat dibandingkan dengan jenis osilator lain dalam hal stabilitas, akurasi & keandalan.
• Osilator ini memiliki arsitektur yang fleksibel sehingga mudah diprogram seperti frekuensi atau fase on-the-fly.
• Osilator yang dikontrol secara numerik menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan yang lain jenis osilator dalam hal kelincahan, akurasi, stabilitas, dan keandalan.
• Manfaat NCO memungkinkan desainer merancang papan lebih cepat, mengurangi konsumsi daya, menghemat ruang real estate papan & mengurangi biaya.

Penggunaan Osilator NCO

Aplikasi osilator yang dikontrol secara numerik meliputi yang berikut ini.

• Osilator yang dikontrol secara numerik berlaku di mana akurasi frekuensi tinggi, kontrol frekuensi linier & resolusi yang sangat baik pada siklus tugas tetap diperlukan seperti kontrol ballast & pencahayaan, catu daya resonan & generator nada.
• NCO adalah sirkuit digital normal yang digunakan dalam berbagai aplikasi pengaturan waktu seperti konversi laju, sintesis frekuensi & pembuatan CLK.
• NCO terutama digunakan untuk pembuatan sinyal utama pada chip seperti sinus, cosinus, LFM atau modulasi frekuensi linier, Gaussian dalam SoC.
• Modul NCO adalah pengatur waktu yang menghasilkan sinyal keluaran dengan menggunakan luapan akumulator.
• Ini sangat signifikan dalam aplikasi sirkuit penalaan radio, pencahayaan pengontrol, ballast fluoresen, generator nada & amplifier audio kelas-D.
• Ini sering digunakan dalam kombinasi dengan DAC pada output daya untuk mendesain DDS (direct digital synthesizer).
• Ini adalah generator frekuensi digital, digunakan untuk membersihkan sinyal i/p yang bising dari osilator.
  Ini adalah generator yang dapat diprogram dengan frekuensi linier yang digunakan untuk menghasilkan frekuensi hingga 32 MHz.

Jadi, ini semua tentang ikhtisar osilator yang dikontrol secara normal yang bekerja hanya dengan memasukkan kenaikan ke dalam akumulator di tepi yang meningkat dari setiap sinyal clock input. Jadi, frekuensi keluaran NCO sebanding dengan no. siklus yang didapat untuk akumulator meluap. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu osilator?