МІКРОЕЛЕКТРОННА ТА НАНОЕЛЕКТРОННА ТЕХНІКА - PDF

Description
МІКРОЕЛЕКТРОННА ТА НАНОЕЛЕКТРОННА ТЕХНІКА УДК : : ГЕНЕРУВАННЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛЬОВАНИХ КОЛИВАНЬ Коцержинський Б.О.,д.т.н.,професор Національний технічний університет України Київський

Please download to get full document.

View again

of 7
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Food & Beverages

Publish on:

Views: 16 | Pages: 7

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
МІКРОЕЛЕКТРОННА ТА НАНОЕЛЕКТРОННА ТЕХНІКА УДК : : ГЕНЕРУВАННЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛЬОВАНИХ КОЛИВАНЬ Коцержинський Б.О.,д.т.н.,професор Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут , м. Київ, Україна Вступ. Постановка задачі Генерування коливань за методом прямого цифрового синтезу (ПЦС) реалізовано в інтегральних синтезаторах ПЦС. Лідером розробки та виробництва таких синтезаторів ПЦС є фірма Analog Devices (AD)[1]. Тактова частота мікросхем (referenceclock) від 25 МГц до 1000 МГц, розрядність ЦАП від 10 до 14, розрядність акумулятора - регістра слова частоти від 28 до 40, паралельний та послідовний керуючі інтерфейси. Синтезатори фірми мають різні можливості в залежності від робочої тактової частоти. Наприклад, синтезатор AD9835 із тактовою частотою до 50 МГц побудований за класичною схемою: він має два 32-розрядні регістри для зберігання кодових слів, які завантажуються через послідовний інтерфейс. Перемикання цих регістрів апаратним (вивід FSELECT) або апаратно-програмним шляхом дає можливість реалізувати бінарну частотну маніпуляцію. Чотири 12-розрядні регістри фази ( PHASEregister) можуть збільшувати старші 12 розрядів фази акумулятора для виконання фазової маніпуляції. Синтезатор AD9858 має найвищу тактову частоту 1 ГГц, 10 розрядний ЦАП, 15 розрядну адресу таблиці синусів, спрощений 8 розрядний паралельний та SPI послідовний інтерфейси. Як синтезатор частот AD9858 генерує малошумні гармонічні коливання до 400 МГц, у режимі перестроювання частоти (frequencysweeping) він здатний генерувати ЛЧМ коливання зі зміною частоти за 8 нс. У синтезаторові AD9852 функції керування частотою, фазою та амплітудою значно збільшені. Він використовується як програмований гетеродин у системах зв язку, радіолокації, бо реалізує FSK та BPSK через один вивід кристала, PSK із використанням інтерфейсу, лінійну або нелінійну частотну модуляцію за вибором та контроль амплітуди. Це все завдяки складній структурі та складному керуванні. Інтегральні синтезатори фірми EUVIS [2] із тактовою частотою ГГц реалізують фазову модуляцію. Синтезатор DS872 (тактова частота до 3.3 ГГц, 32- розрядний акумулятор, 11- розрядний ЦАП) призначений для швидкої ЛЧМ через 32- розрядний частотний порт. Швидкість зміни частоти - від 8 тактів тактової частоти ( 2.5 нс). Модуляційні харак- 184 Вісник Національного технічного університету України КПІ теристики синтезаторів фірми EUVIS визначаються зовнішніми керуючими пристроями. Синтезатори як ядро ПЦС призначені для вбудови у відповідні модулі. Таким чином, генерування коливань із складним законом частотної модуляції можливо в певних межах із використанням дорогих синтезаторів із складним керуванням або використати просте інтегроване синтезаторне ядро із специфічним керуванням, тобто перекласти функції складного внутрішнього керування згаданих синтезаторів на це зовнішнє керування. Генерування ЧМ коливань на синтезаторі AD9850 Для демонстрації можливості генерування складних ЧМ коливань вибраний простий класичний інтегральний синтезатор ПЦС AD9850: тактова частота f c до 125 МГц, 32-розрядний акумулятор фази, 10- розрядний ЦАП,роздільна здатність фази 14 бітів, послідовний та паралельний інтерфейси ( цифрове програмування частоти та фази), вбудований компаратор для створення прямокутних сигналів тактової синхронізації [3]. Модуляційні можливості Рис.1. Функціональна схема синтезатора AD9850 синтезатора визначаються його структурою (рис.1) та швидкодією його інтерфейсу (послідовний та паралельний порти, керуючі входи). Він забезпечує фазову маніпуляцію із 5-розрядним керуванням. Характеристики дискретної частотної модуляції залежать від швидкості зміни частоти, яка визначається швидкістю завантаження регістра частоти та часом його підключення до акумулятора фази. Макет генератора Для експериментальних досліджень створюється макет генератора складних сигналів (далі ГСС) із керуючої частини (оціночна плата сигнального процесора ADSP-2181) і генераторної частини (синтезатор із допоміжними пристроями) (рис.2). Задіяний паралельний інтерфейс. Рис.2. Структура макета ГСС Вісник Національного технічного університету України КПІ 185 Рис.3. Електрична принципова схема блоку синтезатора Оціночна плата сигнального процесора ADSP-2181 використовується для програмної ініціалізації синтезатора та програмного керування роботою ГСС через паралельний інтерфейс. Вона у свою чергу керується та програмується ПК. У блоку синтезатора використані: інтегральний синтезатор, два джерела сигналів тактової частоти 25 МГц і 50 МГц ( кварцові генератори), буферні та логічні пристрої для паралельного інтерфейсу, джерела живлення та пасивні компоненти фільтрів. При розробці принципової схеми (рис.3) взяті до уваги стандартні схеми включення синтезаторів, запропонованих фірмою-виробником Analog Devices. Аналіз часових характеристик синтезатора AD9850 Завантаження регістрів частоти та фази відбувається через паралельний 8-розрядний порт. 8 бітів даних записуються у вхідний 40- розрядний регістр (DATA INPUT REGISTER) на зростаючому фронті сигналу запису W_CLK із автоматичним встановленням адреси у вхідному регістрі для наступного байту. Найменше допустиме запізнення зростаючого фронту W_CLK відносно початку байту даних становить 3.5 нс (тактова частота синтезатора 125 МГц, період 8 нс). Якщо паралельний порт працює на іншій частоті МГц (тактова частота сигнального процесора ADSP- 186 Вісник Національного технічного університету України КПІ 2181, період 30 нс), то відповідний перерахунок дає такі параметри: згадане запізнення 13 нс, мінімальна тривалість даних 13 нс, мінімальна тривалість позитивної частини сигналу FQ_UD 26 нс. Рис.4. Часові сигнали паралельного порту для запису даних Сигнал WR сигнального процесораadsp-218 оціночної плати використовується як сигнал W_CLK. Вищезгадане запізнення становить мінімум 8 нс і може бути збільшеним за рахунок введення тактів чекання. Цей же сигнал у поєднанні із сигналами IOMSA0-A2 служить як сигнал FQ_UD, який завершує завантаження вхідного регістра синтезатора та перевантаження регістра частоти. Вихідний сигнал зміненої частоти з являється на виході ЦАП із запізненням на 18 періодів тактової частоти синтезатора f c ( 0.72 мкс на f c = 25 МГц ). Завантаження регістра частоти Акумулятор фази синтезатора 32-розрядний, відповідно і регістр частоти 32-розрядний, 4-байтний. Вхідний регістр, пов'язаний із вхідними портами, 40-розрядний. Для його повного завантаження потрібне введення 5 байтів (W0 W4) через паралельний порт або 40 бітів через послідовний порт. У першому байті ( слово W0) 7 3 біти (Phase-b4(MSB) Phaseb0(LSB)) задають нове значення фази, біт 2 (Power-Down) встановлює режим роботи, біти 1..0 зарезервовані для контролю. Другий байт (слово W1) вміщує 8 самих старших бітів керуючого слова частоти (Freq-b31 Freqb24), у третьому байті (слово W2) біти Freq-b23 Freq-b16, у четвертому байті (слово W3) біти Freq-b15 Freq-b8, у п ятому байті (слово W4) наймолодші біти Freq-b7 Freq-b0. Для завантаження кожного байта у вхідний регістр потрібен строб запису W_CLK,а записом у регістр частоти керує сигнал FQ_UD. Якщо посилати байти з частотою МГц, то тривалість завантаження керуючого слова частоти у вхідний регістр становитиме (40*5 +40) нс = 240 нс. Вона може збільшитися за рахунок асинхронності коливань паралельного порту і синтезатора. Вісник Національного технічного університету України КПІ 187 Рис.5. Часова залежність частоти Тестовий сигнал Для тестування ГСС вибраний періодичний сигнал із східчастою часовою залежністю частоти (рис.5). Спектр сигналу, отриманий у системі Mathcad, зображений на рис.6. Підкреслені частотні складові із збільшеною тривалістю (2.32.7,3.1 МГц). Спектр безперервний у діапазоні МГц Spec k f1 k N Рис.6. Частотний спектр тестового сигналу (частота у МГц) Розрахунок завантажувальних кодів Коди поточних частот для завантаження у регістр частоти розраховуються за формулою код = f*2 32 /f c (див. табл.). Надалі кожний 32-розрядний код розбивається на пачку із 4 окремих байтів, до якої спереду додається байт фази і контролю. Отриманий масив 5-байтових завантажувальних пачок записується у пам ять (у даному випадку у пам ять оціночної плати). Таблиця 0x00 0x14 0x7a 0xe1 0x46 0x00 0x15 0x81 0x2b 0x02 0x00 0x16 0x87 0x2b 0x02 0x00 0x17 0x8d 0x4f 0xdf 0x00 0x18 0x93 0x74 0xbc 0x00 0x19 0x99 0x99 0x99 0x00 0x1a 0x9f 0xbe 0x76 0x00 0x1b 0xa5 0xe3 0x53 0x00 0x1c 0xac 0x08 0x31 0x00 0x1d 0xb2 0x2d 0x0e Алгоритм функціонування та програмне забезпечення ГСС Алгоритм керування дуже простий: Ініціалізація, циклічно послідовне завантаження у синтезатор для кож- 188 Вісник Національного технічного університету України КПІ ної частоти 5 байтів кодів і організація потрібної часової затримки. Керуюча програма оціночної плати читає коди із внутрішньої пам яті сигнального процесора та виводить їх на свій паралельний порт, який з єднаний із паралельним портом синтезатора. Генерування тестового сигналу Рис.7 Рис.8 Осцилограми сигналу приведені на рис.7,8. Огинаюча коливань (рис.8) показує,що із зростанням частоти зменшується амплітуда коливань. У синтезатора немає засобів керування виходом ЦАП. Спектр коливань (рис.9) подібний до розрахункового(рис.6), безперервний. Ширина на рівні -40 дб2.1 МГц ( МГц) Рис.9 Висновки Доведена можливість генерування сигналів із складним законом частотної модуляції на пристроях із простими інтегральними синтезаторами. Найменший час перемикання частоти під час зовнішнього керування визначається часом завантаження у синтезатор слова частоти плюс один період його тактової частоти. Література 1. Інформаційний ресурс Вісник Національного технічного університету України КПІ 189 2. Інформаційний ресурс 3. Analog Devices, ad9850.pdf. Коцержинський Б.О. Генерування частотно-модульованих коливань. Представлений процес організації генерування сигналів із складною часовою залежністю частоти із використанням простих інтегральних синтезаторів прямого цифрового синтезу від вибору синтезатора, аналізу його часових та модуляційних характеристик, інтерфейсу до створення діючого макета, організації програмованого керування та отримання частотно-модульованих коливань. Результати експериментальних досліджень узгоджуються із теоретичними розрахунками спектрів тестових сигналів. Доведена можливість генерування сигналів із складним законом частотної модуляції на пристроях із простими інтегральними синтезаторами. Ключові слова:генерування, прямий цифровий синтез, частотно-модульований сигнал Коцержинский Б.А. Генерация частотно-модулированных колебаний. Представлен процесс организации генерирования сигналов со сложной временной зависимости частоты с использованием простых интегральных синтезаторов прямого цифрового синтеза от выбора синтезатора, анализа его временных и модуляционных характеристик, интерфейса, к созданию действующего макета, организации программного управления и получения частотно-модулированных колебаний. Результаты экспериментальных исследований согласуются с теоретическими расчетами спектров тестовых сигналов. Доказана возможность генерирования сигналов со сложным законом частотной модуляции на устройствах с простыми интегральными синтезаторами. Ключевые слова: генерирование, прямой цифровой синтез, частотномодулированный сигнал Kotserzhinskyi B. Frequency modulated signal generation. Compound frequency modulated signal generation process
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks