La síntesis digital directa ( DDS ) es un método empleado por sintetizadores de frecuencia para crear formas de onda arbitrarias a partir de un reloj de referencia de frecuencia fija. La 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 de enganche de fase digital . [2]
Un sintetizador digital directo básico consta de una referencia de frecuencia (a menudo un cristal o un oscilador 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 NCO , 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 . La forma de onda digital muestreada se convierte en una forma de onda analógica por el DAC . 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 enganche de fase (PLL), incluyendo una agilidad de frecuencia mucho mejor, ruido de fase mejorado y control preciso de la fase de salida a través de transiciones de conmutación de frecuencia. Las desventajas incluyen respuestas espurias principalmente debido a efectos de truncamiento en el NCO , espuelas cruzadas resultantes de imágenes de Nyquist de orden alto (>1) y un piso de ruido más alto en grandes desplazamientos de frecuencia debido principalmente al convertidor 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 de 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 Figura 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 de tiempo discreto, cambia de frecuencia instantáneamente en el borde del reloj coincidente 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 retrasada de la señal de entrada) permitiría una respuesta de frecuencia instantánea en su salida porque un sistema lineal no puede crear frecuencias que no están presentes en su entrada. [8]
El rendimiento superior del ruido de fase de cierre de un DDS se debe al hecho de que es un sistema de retroalimentación. En un bucle de enganche 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 por la relación porque la división fraccionaria del reloj deriva su salida. La fluctuación del reloj de referencia se traduce directamente a la salida, pero esta fluctuación es un porcentaje menor del período de salida (por la relación anterior). Dado que la frecuencia de salida máxima está limitada a , el ruido de fase de salida en desfases de cierre siempre es al menos 6 dB inferior al ruido de fase del reloj de referencia. [6]
En desplazamientos muy alejados de la portadora, el piso de ruido de fase de un DDS está determinado por la suma de potencia del piso de ruido de cuantificación del DAC y el piso de ruido de fase del reloj de referencia.
