La síntesis digital directa ( DDS ) es un método empleado por los sintetizadores de frecuencia utilizados para crear formas de onda arbitrarias a partir de un único reloj de referencia de frecuencia fija. DDS se utiliza en aplicaciones como generación de señales , osciladores locales en sistemas de comunicación, generadores de funciones , mezcladores, moduladores , [1] sintetizadores de sonido y como parte de un bucle digital de fase bloqueada . [2]
Un sintetizador digital directo básico consta de una referencia de frecuencia (a menudo un oscilador de cristal o SAW ), un oscilador controlado numéricamente (NCO) y un convertidor digital a analógico (DAC) [5], como se muestra en la Figura 1.
El oscilador de referencia proporciona una base de tiempo estable para el sistema y determina la precisión de frecuencia del DDS. Proporciona el reloj al suboficial , que produce en su salida una versión cuantificada en tiempo discreto de la forma de onda de salida deseada (a menudo una sinusoide ) cuyo período está controlado por la palabra digital contenida en el Registro de control de frecuencia . El DAC convierte la forma de onda digital muestreada en una forma de onda analógica . El filtro de reconstrucción de salida rechaza las réplicas espectrales producidas por la retención de orden cero inherente al proceso de conversión analógica.
Un DDS tiene muchas ventajas sobre su contraparte analógica, el bucle de bloqueo de fase (PLL), que incluyen una agilidad de frecuencia mucho mejor, un ruido de fase mejorado y un control preciso de la fase de salida a través de las transiciones de conmutación de frecuencia. Las desventajas incluyen respuestas espurias debido principalmente a efectos de truncamiento en el NCO , espolones cruzados resultantes de imágenes Nyquist de alto orden (>1) y un nivel de ruido más alto en grandes desplazamientos de frecuencia debido principalmente al convertidor de digital a analógico . [6]
Debido a que un DDS es un sistema muestreado , además de la forma de onda deseada en la frecuencia de salida F out , también se generan imágenes de Nyquist (la imagen principal está en F clk -F out , donde F clk es la frecuencia del reloj de referencia). Para rechazar estas imágenes no deseadas, generalmente se utiliza un DDS junto con un filtro de paso bajo de reconstrucción analógica, como se muestra en la Figura 1. [7]
La frecuencia de salida de un DDS está determinada por el valor almacenado en el registro de control de frecuencia (FCR) (ver Fig.1), que a su vez controla el tamaño del paso del acumulador de fase del NCO . Debido a que el NCO opera en el dominio del tiempo discreto, cambia la frecuencia instantáneamente en el borde del reloj coincidiendo con un cambio en el valor almacenado en el FCR. El tiempo de establecimiento de la frecuencia de salida del DDS está determinado principalmente por la respuesta de fase del filtro de reconstrucción. Un filtro de reconstrucción ideal con una respuesta de fase lineal (lo que significa que la salida es simplemente una versión retardada de la señal de entrada) permitiría una respuesta de frecuencia instantánea en su salida porque un sistema lineal no puede crear frecuencias que no estén presentes en su entrada. [8]
El rendimiento superior del ruido de fase cercana de un DDS se debe al hecho de que es un sistema de alimentación anticipada. En un bucle de bloqueo de fase (PLL) tradicional, el divisor de frecuencia en la ruta de retroalimentación actúa para multiplicar el ruido de fase del oscilador de referencia y, dentro del ancho de banda del bucle PLL, imprime este exceso de ruido en la salida del VCO. Un DDS, por otro lado, reduce el ruido de fase del reloj de referencia en una proporción porque la división fraccionaria del reloj deriva su salida. La fluctuación del reloj de referencia se traduce directamente en la salida, pero esta fluctuación es un porcentaje menor del período de salida (según la relación anterior). Dado que la frecuencia de salida máxima está limitada a , el ruido de fase de salida en compensaciones cercanas siempre está al menos 6 dB por debajo del ruido de fase del reloj de referencia. [6]
En compensaciones muy alejadas de la portadora, el piso de ruido de fase de un DDS está determinado por la suma de potencias del piso de ruido de cuantificación del DAC y el piso de ruido de fase del reloj de referencia.
