Цифровые функциональные генераторы
Все возрастающие требования к сигналам генераторов (прежде всего, в части стабильности частоты и амплитуды и верности формы) привели разработчиков этих приборов к необходимости перехода на цифровые методы синтеза сигналов и цифровую элементную базу.
Можно отметить три основных подхода в построении функциональных генераторов на основе цифровой схемотехники:
Применение синтезаторов частоты, резко повышающее ее стабильность и облегчающее точную установку частоты.
Применение прямого цифрового синтеза формы ограниченного числа видов сигналов.
Применение цифрового синтеза с возможностью задания произвольной формы сигналов с помощью как самого генератора, так и персонального компьютера.
Два последних подхода используют общую идею, поэтому будут рассмотрены совместно.
Синтезаторы частоты
Генераторы, основанные на применении цифровых синтезаторов частоты, наиболее дешевые, и их стоимость приближается к стоимости аналоговых функциональных генераторов. Цифровой синтез у них затрагивает только частоту сигнала. Применение цифрового синтеза частоты позволяет резко повысить стабильность частоты генератора и задавать ее в цифровой форме.
Формирование синусоидального сигнала осуществляется либо с помощью LC-генераторов с системой фазовой автоподстройки частоты, либо нелинейным ограничением треугольного сигнала. У многих таких генераторов не предусмотрено формирование треугольного сигнала, а прямоугольные импульсы получают с помощью регенеративного порогового устройства или триггера со счетным запуском.
Принцип формирования основных сигналов на данном генераторе остается аналоговым, со всеми его преимуществами, такими как отсутствие ступенек в выходном сигнале, но и со всеми недостатками, например, сложностью формирования синусоидального напряжения правильной формы.
Прямой цифровой синтез сигналов dds
Генераторы, использующие технологию прямого цифрового синтеза сигналов (Direct Digital Synthesis или DDS), имеют функциональную схему, упрощенно представленную на рисунке 1.4. Генерация сигналов в этом новейшем поколении цифровых генераторов основана на использовании заранее подготовленных и хранящихся в памяти оцифрованных N выборок сигнала за его один период. Типичное число выборок составляет от нескольких сотен до многих тысяч. Каждая выборка представляет значение сигнала в виде числа с некоторой разрядностью.
Рисунок 1.4 – Генератор, использующий технологию прямого цифрового синтеза
Генерация сигнала с точно заданной частотой основана на выработке адреса отсчетов сигнала на основе фиксации дискретного фазового сдвига с помощью Δ фазового регистра и уровня сигнала с помощью Δ регистра. Как только набегает фазовый сдвиг 360°, выработка адреса прекращается (в режиме единичного запуска) или возобновляется заново (в непрерывном режиме или в режиме генерации пачки сигналов). Огромным достоинством такого вида генераторов является то, что в памяти могут храниться сигналы любой формы, а в некоторых таких устройствах форма сигнала может задаваться пользователем.
Вывод
Исходя из всех вышеперечисленных методов и технических требований разрабатываемого устройства, наиболее подходящим для решения задачи является разработка функционального генератора на основе специализированной микросхемы DDS, т.к. это решение обеспечивает наиболее точную настройку частоты, стабильную амплитуду и форму выходного сигнала, а также обеспечивает генерацию различных сигналов. К тому же современные микросхемы DDS, подходящие под технические характеристики, стоят сравнительно недорого.