Студопедия — Прямой цифровой синтезатор частоты
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Прямой цифровой синтезатор частоты






 

Решим задачу, поставленную в предыдущем пункте, используя прямой цифровой синтезатор частоты (DDS). В этом случае нет необходимости разбивать диапазон 4…8 МГц на поддиапазоны, а шаг пересторйки частоты пользователь может программировать произвольно, так как если мы будем использовать синтезатор семейства AD983x, минимально возможное значение этого параметра составит сотые доли Герца (см. параграф 7.5). В случае использования DDS нужно дополнительно оговорить еще один параметр – уровень паразитных составляющих в спектре выходного колебания. Пусть в нашем случае эта величина не превышает –60 дБн (относительно несущей).

Синтезатор частоты (структурная схема – рис.8.3.5) выполним на основе ИМС прямого цифрового синтеза AD9832 фирмы Analog Devices. От рассматривавшейся выше ИМС AD9830 (рис. 7.5.6) она отличается последовательным вводом данных, в 5 раз меньшей потребляемой мощностью и возможностью синхронизации момента смены частоты или фазы с тактовым колебанием синтезатора.

ИМС синтезатора частоты вырабатывает ток квазисинусоидальной формы, частота и начальная фаза которого зависят от управляющих битов, записываемых пользователем в память ИМС синтезатора при помощи специальной управляющей программы для персонального компьютера. Выходной токовый сигнал ИМС синтезатора через реконструирующий фильтр подключается к соответствующему входу схемы радиостанции.

 

Рис. 8.3.5

 

Тактовый сигнал с частотой f MCLK = 25 МГц для ИМС синтезатора вырабатывается интегральным кварцевым генератором и подается на вход MCLK микросхемы. Поскольку микросхема AD9832 обладает 32-разрядным аккумулятором фазы (структуру микросхемы см. на рис. 8.3.6), то частота выходного колебания синтезатора f OUT будет определяться следующим образом:

 

f OUT = (f MCLK / 232)*FREQ,

 

где FREQ – 32-х разрядный (в двоичном представлении) код частоты, записанный в один из регистров частоты FREQ0 REG, FREQ1 REG. Из этой формулы видно, что данный синтезатор способен формировать синусоидальный сигнал в диапазоне частот от сотых долей герца до единиц мегагерц без каких-либо переключений. Все необходимые данные синтезатор получает от компьютера через микроконтроллер ATTiny2313 фирмы ATMEL, в памяти которого находится программа преобразования данных из формата интерфейса RS-232C в специальный формат последовательной передачи данных, встроенный в ИМС AD9832.

 

Рис. 8.3.6

 

Кроме двух 32-разрядных регистров FREQ0 REG и FREQ1 REG, в которых могут храниться коды частоты выходного сигнала, в ИМС синтезатора предусмотрены еще четыре 12-разрядных регистра, в которых могут быть записаны четыре возможных значения начальной фазы выходного сигнала: PHASE0 REG…PHASE3 REG. Регистры выбора частоты и регистры выбора сдвига фазы подключены к фазовому аккумулятору через мультиплексоры (MUX), управляемые одним из двух способов: аппаратно или программно. Способ выбора регистра частоты или начальной фазы задается битом SELSRC прошивки синтезатора:

- SELSRC = 1 - программный выбор, когда за подключение конкретного регистра к фазовому аккумулятору отвечают определенные биты прошивки синтезатора: FSELECT (для частоты) и PSEL0, PSEL1 (для фазового сдвига); нужно помнить, что в режиме программного выбора частоты (фазы) на входе FSELECT (на входах PSEL0, PSEL1) должен быть установлен низкий логический уровень;

- SELSRC = 0 - аппаратный выбор, когда указанные выше биты игнорируются, а выбор регистра зависит от логических уровней на входах ИМС FSELECT (для частоты) и PSEL0, PSEL1 (для фазового сдвига).

Пример:

- установлено FSELECT = 0, следовательно, используется регистр FREQ0 REG;

- установлено PSEL0 = 0, PSEL1 = 0, следовательно, используется регистр PHASE0 REG.

Нужно отметить, что смену регистров частоты или фазового сдвига нежелательно производить в моменты положительного фронта тактового сигнала синтезатора, в противном случае возможны искажения выходного сигнала. Для устранения нежелательных последствий таких переключений в ИМС AD9832 предусмотрены подключаемые по желанию пользователя логические блоки синхронизации загрузки «SYNC» (см. рис. 8.3.6). При установке бита SYNC = 1 включается задержка смены регистров частоты и фазы, необходимая для устранения искажений синусоиды; если же SYNC = 0, смена частоты или фазы происходит асинхронно.

Опишем теперь порядок загрузки регистров и записи команд синтезатора AD9832. Протокол обмена данными, принятый в синтезаторе, предусматривает передачу данных и команд 16-битными словами D15…D0 (рис. 8.3.7), в которых предусмотрены:

- биты для передачи команд С3…С0 (это команды пересылки данных в регистры синтезатора);

- биты А3…А0 адреса регистра фазы или частоты, в который отправляют данные (табл. 4.1);

- биты данных о частоте или фазе MSB…LSB (8 бит);

- команды для установки значений битов SYNC, SELSRC (их значение см. выше);

- команды для установки значений битов SLEEP, RESET, CLR.

SLEEP = 1 - режим пониженного энергопотребления микросхемы, выходной сигнал отсутствует («спящий» режим); SLEEP = 0 – обычный рабочий режим.

RESET = 1 – сброс аккумулятора фазы, на выходе синтезатора присутствует ток, равный половине полного значения токовой шкалы; RESET = 0 – обычный рабочий режим.

CLR = 1 – сброс битов SYNC, SELSRC в ноль. Бит CLR после установки пользователем в 1 автоматически возвращается в 0 (в отличие от битов SLEEP и RESET).

Рис. 8.3.7

 

 

Рис. 8.3.8

 

Таблица 8.3.1


Из рис. 8.3.7, в частности, видно, что передать в какой-либо регистр частоты или фазы можно за один цикл обращения к ИМС синтезатора только 8 бит данных. Поэтому 32-х битные регистры частоты FREQ0 REG и FREQ1 REG разделены на 4 байта, а 12-битные регистры фазы PHASE0 REG…PHASE3 REG –на 2 байта, как это показано на рис. 8.3.8. Адреса каждого из этих байтов приведены в табл. 8.3.1.

Список команд, управляющих загрузкой данных в регистры частоты и фазы, приведен в табл. 8.3.2. Из этой таблицы ясно, что данные через последовательный порт синтезатора поступают порциями в один байт, а в регистры частоты или фазы загружаются двухбайтными словами, поскольку байт, переданный первым, дожидается следующего байта в промежуточном 16-битном регистре DEFER REGISTER, который можно увидеть на рис. 8.3.6.

Таким образом, чтобы загрузить 12-разрядный регистр фазового сдвига PHASEi REG, достаточно одной пересылки из промежуточного регистра DEFER REGISTER, а для загрузки регистра частоты необходимо две таких пересылки.

Приведем пример последовательности команд для установления частоты синтезатора. Пусть необходимо в качестве рабочего регистра выбрать FREQ1 регистр и установить частоту f OUT = 5577 кГц (как в примере предыдущего пункта) при тактовой частоте f MCLK = 25 МГц. Выбор рабочего регистра частоты пусть производится программным способом (SELSRC = 1).

1) Выводим синтезатор из спящего режима, устанавливаем бит SELSRC = 1 (как это сделать – см. рис. 8.3.7). На входе FSELECT нужно установить логический 0.

2) Указываем в качестве рабочего регистра FREQ1 REG, для чего отправляем в синтезатор команду D15…D0 = 0101 1 00000000000, см. табл. 8.3.2 и рис. 8.3.7.

3) Находим содержание байтов 8H MSBs…8L LSBs (рис.8.3.8), используя встроенный калькулятор Windows:

 

FREQ = (f OUT / f MCLK)* 232» 95812130410 = = 111001 00011011 11000101 010110002;

 

8H MSBs = 00111001; 8L MSBs = 00011011;

8H LSBs = 11000101; 8L LSBs =01011000.

 

4) Записываем 8 бит частоты в DEFER REGISTER, начиная с самого старшего байта 8H MSBs (что не обязательно). Для этого записываем команду D15…D0 = 0011 0111 00111001, см. табл. 8.3.1, 8.3.2 и рис. 8.3.7.

5) Записываем еще 8 бит частоты (это 8L MSBs) и отправляем вместе 8H MSBs и 8L MSBs в регистр FREQ1 REG с помощью команды D15…D0 = 0010 0110 00011011.

6) Аналогично загружаем 8 бит частоты (теперь это 8H LSBs) в DEFER REGISTER: D15…D0 = 0011 0100 11000101.

7) Дописываем последние 8 бит частоты (это 8L LSBs) и отправляем вместе 8H LSBs и 8L LSBs в регистр FREQ1 REG с помощью команды D15…D0 = 0010 0110 01011000.

После этой записи на выходе ИМС появляется колебание с требуемой частотой.

 

Таблица 8.3.2

С3 С2 С1 С0 Команда
        Записывает 16 «фазовых» бит (из которых 8 содержатся в данном информационном пакете, а другие 8 уже находятся в DEFER REGISTER) в указанный битами адреса регистр PHASE0 REG…PHASE3 REG  
        Записывает 8 «фазовых» бит в DEFER REGISTER  
        Записывает 16 бит частоты (из которых 8 содержатся в данном информационном пакете, а другие 8 уже находятся в DEFER REGISTER) в указанную битами адреса часть регистра FREQ0 REG или FREQ1 REG  
        Записывает 8 бит частоты в DEFER REGISTER  
        При SELSRC=1 выбирает рабочий регистр фазы, используя биты D9 как PSEL0 и D10 как PSEL1. (Если установлено SELSRC=0, эти биты игнорируются, а для выбора используются одноименные входы ИМС.)  
        При SELSRC=1 выбирает рабочий регистр частоты, используя бит D11 как FSELECT. (Если установлено SELSRC=0, этот бит игнорируется, а для выбора используется одноименный вход ИМС.)  
        При SELSRC=1 одновременно выбирает рабочий регистр фазы, используя биты D9 как PSEL0 и D10 как PSEL1, и частоты, используя бит D11 как FSELECT. (Если установлено SELSRC=0, эти биты игнорируются, а для выбора используются одноименные входы ИМС.)  
        Зарезервировано (применяется для тестирования).  

 

Кратко о проектировании реконструирующего или «антиалайсингового» фильтра (см. параграф 7.2). Как было условлено выше, уровень нежелательных спектральных составляющих не должен превышать –60 дБн. Реконструирующий фильтр устанавливается для подавления «образов» основного сигнала; рассмотрим наихудший в этом смысле случай – максимальную частоту выходного сигнала 8 МГц, при которой ближайший «образ» будет расположен на частоте

 

f IMAGE1 = f MCLK - f OUT = 25 МГц - 8 МГц = 17 МГц.

 

Учитывая «sinc(x)» форму огибающей спектра колебания на выходе ЦАП DDS

 

 

рассчитаем, что несущая с частотой 8 МГц будет ослаблена на 1,5 дБ, а первый образ с частотой 17 МГц – на 8 дБ. Значит, требование к реконструирующему фильтру по подавлению первого образа снижаются на 8 - 1,5 = 6,5 дБ и составляет 60 – 6,5 = 53,5 дБ.

 

Рис.8.3.9

 

 

Рис.8.3.10

 

 

Для проектирования фильтра можно воспользоваться любой известной методикой расчета или САПР. Выберем ФНЧ Чебышева и зададим следующие его параметры (с учетом некоторого запаса):

- ослабление сигнала в полосе пропускания 3 дБ;

- неравномерность АЧХ в полосе пропускания 1 дБ;

- граничная частота полосы пропускания 8,5 МГц;

- ослабление (на частоте 16,5 МГц) в полосе задержания не хуже 58 дБ;

- сопротивление нагрузки и источника сигнала 300 Ом.

Фильтр с такими параметрами, спроектированный с помощью системы схемотехнического моделирования Micro-Cap 7.0.0 показан на рис. 8.3.9, а его АЧХ с отметками на точках 8 МГц и 17 МГц – на рис. 8.3.10. Полученный фильтр с запасом удовлетворяет предъявляемым требованиям и может быть использован в синтезаторе по схеме рис.8.3.5.

 

 







Дата добавления: 2015-10-18; просмотров: 755. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Мотивационная сфера личности, ее структура. Потребности и мотивы. Потребности и мотивы, их роль в организации деятельности...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Внешняя политика России 1894- 1917 гг. Внешнюю политику Николая II и первый период его царствования определяли, по меньшей мере три важных фактора...

РЕВМАТИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ Ревматические болезни(или диффузные болезни соединительно ткани(ДБСТ))— это группа заболеваний, характеризующихся первичным системным поражением соединительной ткани в связи с нарушением иммунного гомеостаза...

Решение Постоянные издержки (FC) не зависят от изменения объёма производства, существуют постоянно...

ТРАНСПОРТНАЯ ИММОБИЛИЗАЦИЯ   Под транспортной иммобилизацией понимают мероприятия, направленные на обеспечение покоя в поврежденном участке тела и близлежащих к нему суставах на период перевозки пострадавшего в лечебное учреждение...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия