DSP システムでは、正弦波またはその他の周期的な波形生成が必要です。これらの波形を生成するために使用される 1 つの方法は、主に「NCO (数値制御発振器)」を含みます。この方法では、デジタルアキュムレータを使用してアドレスを正弦 LUT (ルックアップテーブル) に生成します。このシステムは、ソフトウェアとハードウェアの両方で非常に一般的です。そのため、出力内で一定の位相特性を維持しながら、生成された波形の瞬時の周波数/位相内で即座に変更できます。それが組み込まれると、 DAC アナログ o/p 波形を生成するシステムは、DDS またはダイレクトデジタルシンセサイザーと呼ばれます。したがって、この記事では、 数値制御発振器 または NCO – アプリケーションの操作。

数値制御発振器とは

数値制御発振器は、信号の周波数または位相が設計で制御される、一般に正弦波である、同期、離散時間、および離散値の波形を生成するデジタル信号発生器です。これらの発振器は、出力で DAC (デジタル-アナログコンバーター) と組み合わせて、直接 DDS またはデジタルシンセサイザーを作成することがよくあります。 NCO は、精度、敏捷性、信頼性、安定性の点で、他の種類のオシレータよりも多くの利点を提供します。したがって、クラス D オーディオアンプ、トーンジェネレータ、照明制御、蛍光安定器、およびラジオ同調回路はすべて、NCO の恩恵を受けます。数値制御発振器は、レーダーシステム、デジタル PLL、無線システム、マルチレベル PSK/ドライバーなどのさまざまな通信システムで使用されます。 FSK 変調器または復調器、その他多数。

特徴

数値制御発振器の特徴としては、次のようなものがあります。

出力周波数

NCO によって生成される出力周波数は高く、主に no に依存します。ビット数例えば; 20 ビットサイズは最大 32 MHZ を生成しますが、16 ビットサイズは 500 KHz しか生成できません。

柔軟な出力

NCO の出力は、安定したデューティサイクルに設定することも、パルス周波数形式に設定することもできます。

低電力スリープで動作

数値制御オシレータは、スリープモードで実行でき、CPU から独立しています。

複数のクロックソース

数値制御発振器は no を使用できます。内部と外部の両方のクロックソース。

N ビットタイマー/カウンター機能

“レオスタットDCモーター速度制御 ”

数値制御発振器は、新しい動作モード内で汎用 20 ビットタイマー/カウンターのように利用することもできます。

NCO 発振器のアーキテクチャ

数値制御発振器のアーキテクチャを以下に示します。このアーキテクチャには、PA (位相アキュムレータ) と PAC (位相-振幅変換器) の 2 つの主要部分が含まれます。

数値制御発振器のアーキテクチャ

位相アキュムレータは、各 CLK サンプルで出力に保持される値に周波数制御値を追加します。位相/振幅変換器は、信号ルックアップテーブルへのインデックスのように、位相アキュムレータの出力ワードと一致する振幅サンプルを提供します。場合によっては、補間を LUT と組み合わせて使用して、精度を高め、位相のエラーノイズを低減します。数値制御発振器ソフトウェアでは、べき級数などの数学的手順を使用して、位相を振幅に変換できます。

クロックが供給されると、PA または位相アキュムレータは単純にモジュロ 2^N のこぎり波信号を作成し、その後 PAC (位相から振幅への変換器) を介してサンプリングされた正弦波に変更されます。ここで「N」はいいえです。位相アキュムレータ内の搬送ビットの数。

「N」のような搬送ビットの数は、オシレータの周波数分解能を設定します。通常、番号よりもはるかに高くなります。 PAC ルックアップテーブルのメモリ空間を記述するビットの。

位相/振幅変換器の容量が 2^M の場合、位相アキュムレータの出力ワードは、上の図に示すように M ビットに減らす必要があります。ただし、これらのビットは補間に使用されます。位相出力ワードの削減によって周波数の精度が変わることはありませんが、スプリアス生成の主な原因である時変周期位相エラーが生成されます。

CLK 周波数に対する周波数精度は、位相の計算に使用される数学の精度によってのみ制限されます。数値制御発振器は位相と周波数を認識しており、適切なノードでの加算によって周波数変調または位相変調出力を生成するようにわずかに変更できるため、それ以外の場合は直交出力が得られます。

数値制御発振器はどのように機能しますか?

NCO モジュールは、アキュムレータのオーバーフローを使用して出力信号を生成します。そのため、アキュムレータのオーバーフローは、単一の CLK 信号ではなく、変更可能なインクリメント値によって制御されています。これは、制限されたプリスケーラーまたはポストスケーラーの分周値によって分周の程度が変化しないという点で、単純なタイマー駆動のカウンターよりも利点があります。数値制御発振器は、周波数精度と固定デューティサイクルでの優れた分解能が必要なアプリケーションで非常に役立ちます。

下士官作業

数値制御発振器は、アキュムレータに固定値を頻繁に追加するだけで機能します。そのため、加算は入力 CLK レートで発生します。場合によっては、生の NCO の出力であるキャリーによってアキュムレータがオーバーフローすることがあります。これにより、含まれる値とアキュムレータの最大値の比率によって、入力 CLK が効率的に減少します。

さらに、NCO の出力は、単にパルスを伸ばすだけで変更できます。その後、NCO の変更された出力は内部で他の周辺機器に分配され、オプションで入出力ピンに出力されます。アキュムレータのオーバーフローによっても割り込みが発生する可能性があります。

NCO 周期は、平均周波数を生成するために個別のステップで変化します。したがって、この出力は主に受信回路の容量に依存し、NCO の出力を平均化して不確実性を減らします。
NCO モジュールのオーバーフローは、主に次の式に依存します。
アキュムレータのオーバーフローレート = アキュムレータのオーバーフロー値/入力 CLK 周波数 + インクリメント値。

位相アキュムレータとは?

これは、システムのクロック入力信号ごとに増加する 2^N デジタル条件を含むモジュロ N カウンターです。インクリメントサイズは主にチューニングワード値に依存し、M はアキュムレータの加算器ステージに適用されます。チューニングワードは、ステップサイズのカウンターのインクリメントを修正するだけです。

NCO 発振器の利点

数値制御発振器の利点には、次のようなものがあります。

数値制御発振器は、安定性、精度、および信頼性の点で、他の発振器タイプと比較して多くの利点を提供します。
これらの発振器は柔軟なアーキテクチャを備えているため、オンザフライの周波数や位相などを簡単にプログラムできます。
数値制御オシレータには、他のオシレータよりもいくつかの利点があります。オシレーターの種類敏捷性、正確性、安定性、信頼性の面で。
NCO の利点により、設計者はボードをより迅速に設計し、消費電力を削減し、ボード上のスペースを節約し、コストを削減できます。

NCO 発振器の用途

数値制御発振器の用途には次のようなものがあります。

数値制御オシレータは、安定器と照明制御、共振電源とトーンジェネレータのように、固定デューティサイクルでの高周波数精度、線形周波数制御、および優れた分解能が必要な場合に適用できます。
NCO は、レート変換、周波数合成、CLK 生成などの幅広いタイミングアプリケーションで使用される通常のデジタル回路です。
NCO は主に、サイン、コサイン、LFM、線形周波数変調、SoC のガウスなどのオンチップ主要信号生成に使用されます。
NCO モジュールは、アキュムレータのオーバーフローを使用して出力信号を生成するタイマーです。
これらは、ラジオ同調回路、照明の制御、蛍光安定器、トーンジェネレータ、クラス D オーディオアンプのアプリケーションで非常に重要です。
これらは、DDS (ダイレクトデジタルシンセサイザー) を設計するために、o/p で DAC と組み合わせて使用されることがよくあります。
これはデジタル周波数発生器で、発振器のノイズの多い i/p 信号をきれいにするために使用されます。
これは、最大 32 MHz の周波数を生成するために使用される線形周波数プログラマブルジェネレーターです。

したがって、これはすべてについてです通常制御発振器の概要これは、すべての入力クロック信号の立ち上がりエッジで内部アキュムレータへのインクリメントを含めるだけで機能します。したがって、NCO の出力周波数は no に比例します。アキュムレータがオーバーフローするために取得するサイクル数。オシレーターとは何ですか？