Цифровой вычислительный синтезатор

'Цифровой вычислительный синтезатор (ЦВС), известный еще как схема прямого цифрового синтеза (DDS) — электронный прибор, предназначенный для синтеза сигналов произвольной формы и частоты из единственной опорной частоты, поставляемой генератором тактовых импульсов. Характерной особенностью ЦВС является то, что отсчеты синтезируемого сигнала вычисляются цифровыми методами, после чего передаются на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), где и происходит их преобразование в аналоговую форму (напряжение или ток).
Этим ЦВС отличается от синтезаторов частоты, основанных на иных принципах, например, ФАПЧ.

Принцип действия

Основными функциональными блоками ЦВС являются: аккумулятор фазы, преобразователь фаза-амплитуда, ЦАП. Также ЦВС содержит некоторое количество памяти, служащей для хранения параметров синтезируемого сигнала, таких как частота, фаза, амплитуда и др.
В каждом такте опорной частоты аккумулятор фазы увеличивает свое значение на величину, записанную в ячейку памяти, которую обычно называют приращение фазы. В результате, значение аккумулятора фазы линейно увеличивается со временем. Затем вычисленное таким образом в каждом такте значение фазы преобразуется в значение амплитуды. В принципе, данное преобразование может быть произвольным и зависит от приложения. В наиболее распространенном на практике случае, для синтеза гармонических колебаний, вычисляется синус текущего значения фазы. Результат вычисления подается на вход ЦАП.

Практическая реализация

Наглядным примером реализации описанного принципа может служить следующий код на языке C:

  #include <math.h>
  int next_amp(int dph)
  {
    static int phase=0;
    int amp;
    phase+=dph;
    amp=511.5*sin(phase*2*M_PI/0x100000000L);
    return amp;
  }

Здесь dph — приращение фазы, phase — текущая (мгновенная) фаза, amp — текущая (мгновенная) амплитуда синтезированного гармонического сигнала. Если функция next_amp вызывается с тактовой частотой $Fc$, то ее возвращаемые значения будут представлять собой выборки синусоидального сигнала с частотой $Fc*dph/2^{32}$ и амплитудой 511. Эта амплитуда соответствует диапазону входных значений 10-разрядного ЦАП. Здесь также использовано свойство периодичности функции синуса, а именно тот факт, что при переполнении аккумулятора фазы phase, его значение изменяется на 2³², а аргумент синуса — на 2π, что не влияет на результат.

Промышленные изделия

• AD9833
• AD9858
• AD9912
• 1508ПЛ8Т