Oscilador Controlado Numéricamente (PPT)



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(Gp:) Aplicaciones (Gp:) Conversores digitales up/down PLLs digitales Sistemas de radar Moduladores/Demoduladores Drivers para transmisiones ópticas o acústicas Software-defined radios (SDR) Es un sistema electrónico digital utilizado para sintetizar señales de frecuencias variadas, a partir de una base de tiempo
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Ventajas Se elimina la necesidad del ajuste de los componentes analógicos, debido al paso del tiempo La interfaz digital facilita el control del sistema de manera remota Sistemas Digitales - UBA
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Diagrama en bloques básico Registro de Control de Frecuencia Sumador (Módulo N) Registro de Fase (Gp:) Acumulador de fase Convertidor Fase-Amplitud RCF + RF CFA (Gp:) Lookup table Sistemas Digitales - UBA
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Funcionamiento - Se comienza con el Registro de Fase inicializado en cero - En el Registro de Control de Frecuencia se graba un número I - Con el primer ciclo de reloj el Registro de Fase toma el valor I - Con los siguientes ciclos de reloj el RF se incrementa en I, tomando los valores 2I, 3I, …, y así sucesivamente, hasta el desborde del contador. RCF + RF CFA (Gp:) 001 (Gp:) 000 (Gp:) 001 (Gp:) 001 (Gp:) 001 (Gp:) 010 (Gp:) 001 (Gp:) 010 (Gp:) 011 (Gp:) 001 (Gp:) 011 (Gp:) 100 (Gp:) 001 (Gp:) 100 (Gp:) 101 (Gp:) 001 (Gp:) 101 (Gp:) 110 (Gp:) 001 (Gp:) 110 (Gp:) 111 (Gp:) 001 (Gp:) 111 (Gp:) 000 (Gp:) 001 (Gp:) 000 (Gp:) 001 Sistemas Digitales - UBA
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Funcionamiento La salida del registro de Fase se utiliza para acceder a la memoria que contiene las muestras de la señal El período de la señal de salida es igual al tiempo que le lleva al contador alcanzar su cuenta máxima. En este tiempo se tienen que obtener todas las muestras de la señal, guardadas en la memoria - De lo anterior se desprende que si el incremento de fase aumenta, el período de la señal de salida disminuye. Por Ej.: si el incremento es 1 se necesitan 2N ciclos de reloj para que el contador desborde, y si es 2 se necesitan 2N/2 Sistemas Digitales - UBA
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Funcionamiento Salida de la LUT Salida de la LUT Acumulador Acumulador I1 I2 = 2.I1 Sistemas Digitales - UBA
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Funcionamiento De lo anterior se desprende: (Período de la señal de salida) (Frecuencia de la señal de salida) - A su vez, la memoria posee las muestras de un ciclo de una señal senoidal. El salto de fase entre cada posición es: (Gp:) [Hz] (Gp:) N (Gp:) 2 (Gp:) I (Gp:) (Gp:) . (Gp:) Fclock (Gp:) Fo (Gp:) = (Gp:) [seg] (Gp:) I (Gp:) N (Gp:) 2 (Gp:) (Gp:) . (Gp:) Tclock (Gp:) To (Gp:) = (Gp:) N (Gp:) 2 (Gp:) 360 (Gp:) ° (Gp:) = (Gp:) d Sistemas Digitales - UBA
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Funcionamiento - El Registro de Fase es de N bits, lo que le permite acceder a cualquier dirección de la memoria. El valor a la entrada del Registro de Control de Frecuencia, que se suma al valor del Registro de Fase en cada ciclo de reloj representa un incremento de fase de: - Finalmente la resolución en frecuencia se obtiene para I=1: (Gp:) N (Gp:) 2 (Gp:) .I (Gp:) 360 (Gp:) (Gp:) ? (Gp:) ° (Gp:) = (Gp:) F (Gp:) [Hz] (Gp:) N (Gp:) 2 (Gp:) Fclock (Gp:) N (Gp:) Tclock.2 (Gp:) 1 (Gp:) ?f (Gp:) = (Gp:) = Sistemas Digitales - UBA
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Ejemplo de diseño 1. Cálculo del número de bits necesarios del acumulador N debe ser un número entero, por lo tanto: Fo (Frecuencia de salida) = 500 Hz Df = Resolución en frecuencia <= 0,05 Hz Ts = Período de muestreo = 1/8000 seg N = 18 Sistemas Digitales - UBA
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2. Recálculo de la resolución en frecuencia Ejemplo de diseño Fo (Frecuencia de salida) = 500 Hz Df = Resolución en frecuencia <= 0,05 Hz Ts = Período de muestreo = 1/8000 seg Df = 0,0305 Hz Sistemas Digitales - UBA
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3. Cálculo del incremento de fase I = 16384 Fo (Frecuencia de salida) = 500 Hz Df = Resolución en frecuencia <= 0,05 Hz Ts = Período de muestreo = 1/8000 seg Ejemplo de diseño Sistemas Digitales - UBA
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Arquitectura FFD + FFD clk Incremento de fase DF Lookup table (memoria) La LUT tiene 2N entradas (siendo N el número de bits de las direcciones generadas por el acumulador) La precisión de los datos de salida de la LUT es independiente de N N cos sen 0 2N-1 LUT Sistemas Digitales - UBA
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Arquitectura Lookup table (memoria) La LUT puede ser cargada con: - Todos los puntos de la senoide (ciclo completo) - La mitad de los puntos de la senoide (medio ciclo) - Un cuarto de los puntos de una senoide (cuarto ciclo) 0 2N-1 LUT Sistemas Digitales - UBA
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Arquitectura FFD + Q() FFD Lookup table clk Incremento de fase DF Trabajando con punto fijo Sistemas Digitales - UBA
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Código VHDL acum_fase sin_cos clk Incremento de fase DF Estructura sin_o cos_o Sistemas Digitales - UBA
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entity Acum_Fase is generic( P: natural := 3; -- incremento Q: natural := 14; -- módulo N: natural := 4 -- cantidad de bits ); port( clk: in std_logic; acum_reg: out std_logic_vector(N-1 downto 0) ); end entity Acum_Fase; Ejemplo de implementación en VHDL y simulación Sistemas Digitales - UBA