16.2 Микросхемы прямого цифрового синтеза (dds)
Итак, мы научились управлять фазой и частотой синусоидального сигнала. Это означает, что мы можем осуществить частотную и фазовую модуляцию сигнала. Однако в ряде случаев требуется уметь управлять амплитудой синусоидального сигнала. Например, такое действие требуется при формировании радиосигнала с амплитудной модуляцией.
Рассмотрим формулу, описывающую синусоидальный сигнал:
Анализируя эту формулу, мы видим, что для изменения амплитуды синусоидального сигнала достаточно умножить его на функцию, зависящую от времени. Строить цифровые умножители мы уже научились в предыдущих главах, поэтому, для того, чтобы получить амплитудный модулятор, достаточно в структурную схему устройства прямого цифрового синтеза просто добавить цифровой умножитель, как это показано на рисунке 16.6.
Рисунок 16.6 – Схема полярного модулятора
В схеме, приведенной на рисунке 16.6, после постоянного запоминающего устройства и после умножителя поставлены регистры. Они служат для увеличения быстродействия устройства в целом. Период тактовой частоты зависит от времени распространения сигнала по цифровым комбинационным схемам, таким как сумматор, умножитель или дешифраторы адреса постоянного запоминающего устройства.
Время распространения через каждое из перечисленных устройств меньше времени распространения через все эти устройства сразу, поэтому введение дополнительных регистров позволяет увеличить тактовую частоту схемы прямого цифрового синтеза.
Рассмотренная схема устройства прямого цифрового синтеза позволяет независимо изменять частоту и амплитуду генерируемого сигнала. Именно так представляется синусоидальный сигнал в полярной системе координат. Именно поэтому приведенная схема прямого цифрового синтеза сигнала получила название полярного модулятора.
16.3 Квадратурные модуляторы (Up converter)
Полярные модуляторы позволяют легко реализовать аналоговые виды модуляции, такие как частотная, фазовая или амплитудная модуляции. Из цифровых методов модуляции полярные модуляторы позволяют осуществить MSK и GMSK модуляции. Реализация же таких видов модуляции как квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) или фазовая модуляция с высокой скоростью передачи бит легче осуществляется при использовании квадратурного модулятора.
Для осуществления квадратурной амплитудной модуляции требуются два канала: синфазный канал I и квадратурный канал Q. В каждом из каналов производится умножение входного сигнала на частоту опорного сигнала, сдвинутую на 90.
Рисунок 16.7 – Структурная схема квадратурного модулятора
На выходе квадратурного модулятора сигналы, полученные с выходов умножителей, суммируются. Для осуществления сдвига фаз в цифровом виде, в квадратурных каналах в ПЗУ цифрового генератора опорного сигнала можно записать сразу таблицу значений функций синуса и косинуса. Структурная схема описанного выше цифрового квадратурного модулятора приведена на рисунке 16.7
В схеме, приведенной на рисунке 3.6, квадратурные компоненты исходного сигнала I и Q, подаваемые на вход умножителей, должны быть сформированы в полосе частот от 0 до fв. В этой схеме, как и в схеме полярного модулятора можно применить промежуточные регистры, увеличивающие быстродействие всей схемы в целом, однако для увеличения наглядности рисунка они не показаны.
В большинстве случаев тактовая частота квадратурных компонент сигнала не совпадает с тактовой частотой, необходимой для формирования высокочастотного сигнала. Так как частота высокочастотного сигнала многократно превосходит верхнюю частоту исходного сигнала, то для ее представления требуется увеличить частоту дискретизации. Однако при осуществлении операции переноса спектра, выполняемой умножителями MUL, сигналы I и Q должны следовать с той же самой частотой дискретизации.
Это означает, что перед подачей на вход арифметических умножителей, частота дискретизации исходных квадратурных сигналов должна быть доведена до частоты дискретизации формируемого высокочастотного радиосигнала.
Для увеличения частоты отсчетов квадратурных сигналов обычно применяются интерполирующие цифровые фильтры. Давайте рассмотрим принципы работы этих фильтров подробнее.