DDS

A DDS (Direkt Digitális Szintézer) diszkrét idejű szinuszos kimeneti feszültséget előállító áramkör. A kimenőjelét aluláteresztő szűrőn keresztülvezetve széles frekvenciatartományban finoman állítható színuszos oszcillátor készíthető segítségével.

Működési elve

A DDS működési elve igen egyszerű (feltéve, hogy járatosak vagyunk a diszkrét idejű rendszerek terén). A jelet nem folytonos idejű jelként állítja elő, hanem meghatározott időpillanatokban szolgáltat egy 10-12 bites pontosságú bináris értéket, amit egy digitális-analóg átalalkító segítségével lépcsős analóg feszültséggé alakítunk. Természetesen analóg oldalon gondoskodnunk kell a lépcsősség megszüntetéséről, mert a lépcsők frekvenciatartományban ábrázolva látható, hogy kellemetlen felharmonikusok.

DDS belsejének blokkvázlata

DDS algoritmus

Az áramkör alapja egy fázisakkumulátornak nevezett speciális regiszter, melyben azt tároljuk, mennyit változzon a kimeneti jel fázisa egy órajel ciklus hatására. Egy számlálónak az értéke minden órajel ciklusban ezzel az értékkel növekszik. Ennek eredményeképpen a számlálóban a kimeneti jel pillanatnyi fázisát leíró érték folyamatosan növekszik, majd a bináris érték túlcsordulása miatt ismét kis értéktől kezdődik. Az előző pontos fázisszög számláló felső bizjeit egy belső ROM címvonalaként felhasználva a ROM-ba égetett színusztáblázaz adja a pillanatnyi (kvantált) amplitudóértéket. A kapott számértéket D/A átalakító segítségével alakítjuk analóg feszültségértékké. Ez a feszültség az órajellel ütemezve leírja a kimeneti szinuszos feszültség pillanatnyi értékét és máris előállt a kívánt frekvenciájú kimeneti jelünk, mint diszkrét idejű jel. Az folytonos idejű analóg jel előállításához ezt a diszkrét idejű majdnem pontos amplitúdójú lelet már csak egy aluláteresztő LC szűrőn kell keresztülvezetni, hogy a négyszögjel okozta felharmonikusok elnyomásával megkapjuk az alap színuszt.

Az aluláteresztő szűrőt úgy kell méretezni, hogy a belső órajel frekvenciájának fele felett már elég erős csillapítása legyen. Így maximum a belső órajel frekvenciájának feléig használható az áramkör. Gyakorlatban ezen a frekvencián az aluláteresztő LC szűrőnek már erős csillapítással kell rendelkeznie.

DDS-ek előnyei

A frekvencia megváltoztatásához mindössze a fázisakkumulátor értékét kell átírni, ami egy mikrovezérlő segítségével igen könnyen elvégezhető. A kimenő jel fázisfolytonosan ugrik át az új frekvenciára klikk és mindenféle más zavar keletkezése nélkül.

Járulékos szolgáltatások (akár mindhármat beépíthetik ugyanabba a DDS-be):

• Digitális AM moduláció: ekkor nem kell mást tennünk, mint a D/A-nak adandó jelet egy gyors szorzóval összeszorozni az előjeles amplitudóértékkel.
• Digitális fázis moduláció: A számláló összeadóáramkörének kimenetéhez előjelees fázis_offszet adható hozzá. Ekkor a számláló valódi címregiszter Ct + fázis_offszet lesz.
• Digitális frekvencia moduláció: A számláló összeadóáramkörében előjeles offszet definiálható. Ekkor a számláló következő állapota: Ct = Ct + (lépés + offszet).

DDS-el előállított színuszos jel tulajdonsága

A DDS kimeneti jelének rendkívül kicsi a fáziszaja, de a működéséből kifolyólag több hamis frekvencia is előáll, melyek szintjét nem lehet nullára csökkenteni. A fázisakkumulátor ill. a kerekített érték véges felbontása, a kimeneti D/A átalakító felbontása (hány bites), értékváltáskori túllengései, az alap órajel és a tápfeszültség zaja mind megjelennek a kimeneti spektrumban. Ezért a DDS jelét közvetlen módon nem célszerű felhasználni. Vételi keverőt táplálva több hamis fütty és fals vételi pont keletkezik, ezáltal az elérhető minőség sajnos nem megfelelő. PLL szintézerek referencia frekvenciájaként viszont kitűnően használható, rendkívül gyorsan és finoman hangolható és eredőben igen tiszta lokáljel állítható elő ilyen hibrid DDS/PLL áramkörökkel.

Oszcillátor kapcsolás DDS-el

Alábbiakban egy példaáramkörön próbáljuk bemutatni, milyen egyszerű DDS-el egy teljes rövidhullámú sávot átfogó VFO-t készíteni.

Amíg elkészül normális formában, itt meg lehet nézni: DDS áramkörök

További információk

DDS áramköröket több gyártó is készít, legkönnyebben az Analog Devices áramköreihez juthatunk hozzá. Érdemes átnézni a cég honlapját, rengeteg adatlap és példaáramkör kapcsolás segítheti a témában való elmélyülést.