slide tìm hiểu về bộ tạo dao động kỹ thuật số-nco

1, Giới thiệu chungBộ tạo dao động kỹ thuật số NCO là 1 máy phát tín hiệu số được sử dụng để tạo ra các xung thời gian rời rạc và các giá trị rời rạc tương ứng của 1 dạng sóng thường

Slide tìm hiểu về

Bộ tạo dao động kỹ thuật số – NCO

(Numerically controlled oscillator)

Trường đại học Bách Khoa

Hà Nội Viện Điện tử - Viễn thông

Giảng viên hướng

dẫn: Hán Trọng Thanh Sinh viên thuyết

trình: Vũ Hải Long

Nguyễn Trọng Luật Lớp: Điện tử 6 – K54

Hà Nội 18/09/2012

Các nội dung chính

1, Giới thiệu chung

2, Sơ đồ khối

3, Chức năng các khối

4, Nguyên lý hoạt động

1, Giới thiệu chung

Bộ tạo dao động kỹ thuật số (NCO) là 1 máy

phát tín hiệu số được sử dụng để tạo ra các xung

thời gian rời rạc và các giá trị (rời rạc) tương ứng của 1 dạng sóng (thường là sóng hình sin) theo yêu cầu và được điều khiển bằng số.

Bộ điều khiển số trong thực tế

 NCO thường được sử

dụng kết hợp với 1 bộ

chuyển đổi số - tương tự

(DAC) ở đầu ra để tạo

thành 1 bộ tổng hợp số.

1, Giới thiệu chung (tiếp)

NCO có 1 số ưu điểm hơn so với các bộ tạo

dao động khác về một số mặt như sự linh

động, ổn định, tính chính xác và độ tin cậy

cao

NCO được ứng dụng trong nhiều hệ thống

viễn thông như trong các bộ chuyển đổi số

lên/xuống dùng trong công nghệ 3G, các vòng khóa pha (PLL), các hệ thống ra đa, các trình điều khiển cho truyền dẫn quang và âm học, các bộ điều chế/giải điều chế FSK/PSK nhiều mức

2, sơ đồ khối

1 bộ NCO thường gồm 2 khối là khối tích lũy

pha và khối chuyển đổi pha – biên độ:

NCO

Khối tích lũy

pha

Khối chuyển đổi pha – biên

độ

Xung clock

Từ mã điều

khiển tần số

ra

Tín hiệu

ra với tần số mong muốn

3, Chức năng các khối

Khối tích lũy pha (PA – Phase accumulator) sẽ nhận từ mã để điều khiển tần số (FCW) từ bộ điều khiển sau mỗi chu kỳ xung clock

Khối tích lũy pha (trong đường bao

nét đứt) trong sơ đồ NCO

3, Chức năng các khối (tiếp)

 Khối chuyển đổi pha – biên độ (PAC – phase to

amplitude converter) nhận tín hiệu từ đầu ra của PA rồi đưa vào 1 “waveform look-up table” để tạo ra biên

độ phù hợp cho các xung thời gian tương ứng

 Trong 1 số trường hợp, phép nội suy được sử dụng cùng với look – up table để tăng độ chính xác cũng như giảm nhiễu/lỗi pha cho NCO.

 Có 1 số phương pháp khác để thực hiện việc chuyển đổi pha – biên độ, trong đó có việc sử dụng thuật toán như dùng chuỗi công suất - rất hữu dụng trong các phần

mềm giúp mô phỏng NCO.

4, Nguyên lý hoạt động

 Cứ mỗi xung clock, PA sẽ tạo ra 1 module chứa 2 N xung bậc thang, các xung bậc thang này được đưa tới đầu vào của

PAC và được chuyển đổi để tạo ra 1 đường hình sin rời rạc.

 Số bit N sẽ quyết định tần số và độ phân giải tần số của NCO,

N thường lớn hơn số bit M trong không gian nhớ của look –

up table trong PAC và khi đó thì các giá trị đầu ra của PA sẽ được cắt bớt đi cho phù hợp như ở hình dưới (các bit được cắt bớt đi có thể được sử dụng cho phép nội suy).

4, Nguyên lý hoạt động (tiếp)

Việc cắt bớt tín hiệu đầu ra của PA không làm giảm độ chính xác về tần số (của tín hiệu ở

đầu ra NCO) nhưng có thể tạo ra lỗi pha

Độ chính xác về tần số của tín hiệu tại đầu ra NCO phụ thuộc vào tần số của xung clock và

bị giới hạn bởi sự chuẩn xác của thuật toán

được sử dụng để tính toán pha trong PA

4, Nguyên lý hoạt động (tiếp)

NCO có thể dễ dàng biến đổi 1 cách linh hoạt

để tạo ra các bộ điều chế pha/tần số bằng

cách lấy tổng tín hiệu ở các nút thích hợp

hoặc tạo ra các cặp tín hiệu vuông pha nhau như ở hình dưới

Tín hiệu ra từ cos PAC (hình mờ) vuông pha với tín hiệu ra từ

sin PAC

5, Cấu tạo cơ bản của các khối

5.1 Cấu tạo cơ bản của PA

 1 khối tích lũy pha được cấu tạo từ 1 bộ cộng nhị phân N bit và 1 thanh ghi được ghép nối như trong

sơ đồ bên dưới.

 Mỗi chu kỳ clock tạo ra N bit mới,

N bit mới này được tạo thành từ N

bit đầu ra trước đó được lưu trong

thanh ghi cộng thêm với từ mã

điều khiển tần số FCW (FCW có

giá trị không đổi, mỗi giá trị của

FCW tương ứng với 1 tần số cố

định ở đầu ra của NCO)

5, Cấu tạo cơ bản của các khối

5.1 Cấu tạo cơ bản của PA (tiếp)

 Tín hiệu ở đầu ra PA có dạng sóng bậc thang với độ chênh lệch giữa 2 bậc liên tiếp là giá trị nguyên của FCW (kí hiệu là ΔF).F).

V

ΔF).

F

 1 số PA có cấu tạo khác với

giá trị ở đầu ra của thanh

ghi được làm trễ đi 1 chu kỳ

xung clock trước khi cộng

với FCW, tuy nhiên khi đó

bộ cộng nhị phân lại có thể

hoạt động ở tốc độ cao hơn

5, Cấu tạo cơ bản của các khối

5.1 Cấu tạo cơ bản của PA (tiếp)

Bộ cộng nhị phân trong PA sẽ bị tràn khi tổng của 2 toán hạng đưa vào vượt quá giá trị lớn nhất mà nó tính toán được (2N -1)

Các bit bị tràn sẽ bị bỏ đi, do đó độ dài của từ

mã ở đầu ra của bộ cộng luôn bằng độ dài từ

mã ở đầu vào

5, Cấu tạo cơ bản của các khối

5.1 Cấu tạo cơ bản của PA (tiếp)

Phần còn lại φn sau khi các bit thừa bị loại đi

sẽ được lưu giữ giá trị trong thanh ghi và 1

chu kỳ mới lặp lại với giá trị bắt đầu là φn như minh họa ở hình dưới

5, Cấu tạo cơ bản của các khối

5.1 Cấu tạo cơ bản của PA (tiếp)

 Sau nhiều chu kỳ clock thì giá trị φn sẽ quay trở lại bằng với giá trị ban đầu φ0, khoảng thời gian k giữa 2 thời điểm φ n = φ 0 gần nhất được tính theo công thức:

 Trong đó, GCD(ΔF).F,2 N ) là hàm tìm ước chung lớn nhất của ΔF).F và 2 N

5, Cấu tạo cơ bản của các khối

5.1 Cấu tạo cơ bản của PA (tiếp)

Với Fclock là tần số của xung clock đưa vào PA,

ta có tần số của tín hiệu ở đầu ra Fout của PA được tính theo công thức sau:

Công thức trên gợi ý cho ta về việc PA giống như 1 bộ chia lập trình được với hệ số không nguyên ΔF).F/2N

Và độ phân giải tần số của NCO Fres:

5, Cấu tạo cơ bản của các khối (tiếp)

5.2 Cấu tạo cơ bản của PAC

PAC tạo ra các dạng sóng dựa trên từ mã

nhận được từ đầu ra của PA

PAC có thể là 1 bộ nhớ chỉ đọc (rom) đơn giản

có chứa 2M mẫu liên tục của các dạng sóng

đầu ra mong muốn, đôi khi, 1 số biện pháp

được sử dụng để giảm số lượng bộ nhớ cần

thiết

Ngoài ra, PAC cũng có thể là 1 bộ nhớ truy

cập ngẫu nhiên (ram) có thể được điều chỉnh giá trị tùy ý để tạo ra 1 dạng sóng mong

muốn

Cảm ơn vì đã theo dõi!