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Tecnica interpolata della DDS in SDG2000X

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Tecnica interpolata della DDS in SDG2000X

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1. Prefazione

Così può essere veduta nella scheda di dati per la serie arbitraria del generatore di forma d'onda dello SDG2000X di Siglent, la specificazione di frequenza di campionamento (1.2GSa/s) è seguita da una nota «di interpolazione 4X».

Ciò può essere confusionaria ad alcuni clienti, anche alcuni utenti con esperienza dei generatori di funzioni. Questo Libro Bianco è inteso per spiegare questa specificazione e per discutere i vantaggi della tecnica interpolata della DDS confrontata ad un generatore di funzioni basato tradizionale della DDS.

2. Profilo della DDS tradizionale

La figura sotto mostra la progettazione di base della tecnica tradizionale della DDS, in cui i dati digitali di forma d'onda sono uscita in risposta ad un orologio di riferimento per i circuiti della DDS, quindi ha convertito dal convertitore di D/A facendo uso dello stesso orologio. Cioè, in una struttura tradizionale della DDS l'orologio per la DDS e per il funzionamento del convertitore di D/A alla stessa frequenza.

Un filtro da ricostruzione che segue il convertitore di D/A contribuisce a lisciare i punti dall'uscita di D/A per produrre una lisciatrice, più segnale «analogico».

3. Introduzione alla DDS interpolata

La figura sotto mostra la struttura della DDS interpolata. Un interpolatore è inserito fra i circuiti della DDS ed il convertitore di D/A. In questa struttura, i dati digitali di forma d'onda sono uscita in risposta all'orologio di riferimento dei circuiti della DDS, interpolato entro «I» (in SDG2000X I = 4) ed allora convertito dal D/A, con i tempi dell'orologio «una I» del campionamento la frequenza dell'orologio di riferimento. Dopo il convertitore di D/A, un filtro da ricostruzione inoltre si applica.

Lo SDG2000X di Siglent applica questa tecnica con i fattori I = 4. di interpolazione. L'orologio di riferimento dei circuiti della DDS sullo SDG2000X è di 300 megahertz. Facendo uso dei circuiti di interpolazione, l'orologio di campionamento del convertitore di D/A è aumentato a 1,2 gigahertz. Ciò è la spiegazione dietro la specificazione di 1,2 GSa/s ha trovato nella scheda di dati - 1,2 GSa/s seguiti «da una nota di interpolazione 4X».

Ciò spiega i meccanici dietro la tecnica di campionatura interpolata. Tuttavia, che cosa è il ragionamento tecnico dietro la tecnica di campionatura innovatrice di Siglent?

4. Perché interpolazione?

4,1 per rompere il limite di larghezza di banda

In primo luogo, confrontiamo la forma d'onda nel dominio di tempo facendo uso dei due tassi differenti del campione. Esaminando la forma d'onda dell'uscita del D/A, i 1,2 risultati di tasso del campione di GSa/s ai più piccoli punti (più di alta risoluzione) che con l'orologio del campionamento di 300 MSa/s

Il lettore può chiedere, «se entrambe le forme d'onda devono essere passate tramite un filtro dalla ristrutturazione per lisciare i punti di forma d'onda, quindi il tasso del campione non dovrebbe importare.» Il fatto è, la dimensione di punto colpisce la forma d'onda regolare finale.

Ora esaminiamo questa differenza nel dominio di frequenza per ottenere una più chiara comprensione.

La figura sotto mostra che un esempio di spettro in cui una sinusoide da 80 megahertz è uscita da un D/A con una gamma di 300 MSa/s. Output di D/A comprende il fondamento e le sue frequenze di immagine N· fout del ± del fs, N=1,2…. Ampiezze di tutte le componenti di spettro aderire al peccato (busta di x)/x. L'uso del filtro da ricostruzione è di filtrare tutte frequenze di immagine che sono situate fuori della larghezza di banda di Nyquist.

Un filtro ideale da ricostruzione dovrebbe conservare tutti i segnali situati nella larghezza di banda di Nyquist e filtra quei. Cioè la sua risposta in frequenza dovrebbe essere coincidente con la larghezza di banda di Nyquist, poichè la parte dell'ombra nella figura 4. in questo caso, la frequenza massima può raggiungere il limite di Nyquist (per esempio frequenza di clock di campionatura di 1/2).

Come sappiamo, nell'organizzazione del filtro ideale con la risposta «del muro di mattoni» non esiste. Nel mondo reale, i filtri realmente hanno certo grado di rotolo fuori.

Figura 4 mostra lo spettro dell'uscita da un convertitore di 300 MSa/s A/D con una frequenza dell'uscita di 80 megahertz. L'immagine più vicina si presenta a 220 megahertz in modo dal rotolo massimo fuori si presenterebbe a 140 megahertz.

Ma per un segnale da 150 megahertz, l'immagine più vicina è 300 – 150 = 150 megahertz, lo spazio che rimane per il rotolo fuori sono zero, che non è realizzabile. Generalmente, la larghezza di banda di limite di un filtro da ricostruzione è 40% dell'orologio di campionamento. Cioè, per i 300 MSa/s D/A, la frequenza disponibile massima dell'uscita è di 120 megahertz.

La figura sotto mostra 2 progettazioni del filtro da ricostruzione con i offs del rotolo da 120 megahertz a 180 megahertz. Entrambe le progettazioni sono 9 filtri ellittici da ordine. La differenza è la progettazione sulle componenti ideali di usi sinistri e quella a destra usa le componenti nell'ambiente, con i parametri parassitari. Come possiamo vedere, un filtro reale ha un'attenuazione del supplemento ~3dB sulla frequenza d'angolo (cioè 120 megahertz) e la sua prestazione di attenuazione sulla frequenza d'interdizione della banda di arresto (cioè 180 megahertz) si degrada.

Inoltre, il peccato (la busta della risposta di D/A stessa di x)/x aggiungerà l'attenuazione al segnale. A 40% dell'orologio di campionamento (per esempio 120 megahertz nella figura 4), l'attenuazione causata dal D/A sono dB circa 2,4. Un peccato inverso (il filtro da x)/x è necessario generalmente da compensare questa attenuazione.

Se la frequenza di campionamento di D/A è 1,2 GSa/s, per un segnale da 80 megahertz, l'immagine più vicina sono 1,12 gigahertz, in modo dal rotolo massimo fuori del filtro da ricostruzione potrebbe essere 1,04 gigahertz, secondo le indicazioni della figura 6. progettazione del filtro da ricostruzione notevolmente è semplificato.

D'altra parte, come la larghezza del lobo principale del peccato (gli aumenti della busta di x)/x, l'attenuazione hanno contribuito tramite le diminuzioni di D/A. A 120 megahertz, l'attenuazione causata dai 1,2 GSa/s D/A è circa 0,14 dB, che può essere trascurato nella maggior parte dei casi. Peccato non di più inverso (la filtrazione di x)/x è necessaria.

Sulla base del di cui sopra, a causa dei limiti del filtro da ricostruzione i 300 MSa/s D/A possono produrre soltanto una frequenza massima di 120 megahertz. Ma i 1,2 GSa/s D/A possono raggiungere un più alto limite superiore di frequenza. Naturalmente nella struttura interpolata della DDS, il filtro digitale nell'interpolatore limiterà la frequenza al limite di Nyquist dell'orologio della DDS (per esempio 150 megahertz), ma un filtro digitale è molto più facile da progettare che un filtro analogico da ricostruzione. Facendo uso della DDS interpolata, è facile da sollevare il limite superiore di frequenza dell'uscita da 120 megahertz a 130 megahertz o più.

4,2 per rimuovere i denti cilindrici generati dal convertitore di D/A

La distorsione di intermodulazione è inevitabile in un convertitore di D/A. In una struttura tradizionale della DDS è difficile da rimuovere alcune componenti di distorsione di intermodulazione fra l'orologio ed il segnale in uscita, quale il fs -2fout, fs -3fout. La figura sotto mostra un esempio con una frequenza di campionamento di 120 megahertz di frequenza dell'uscita e di 300 MSa/s. La distorsione = il fs -2fout = le cadute di 60 megahertz nella banda di passaggio del filtro da ricostruzione. Non è possibile da essere rimosso.

Ma con un 4X ha interpolato la struttura della DDS, per 120 megahertz di uscita di frequenza, le componenti di distorsione = il fs -2fout = 960 megahertz, fs -3fout = 840 megahertz, che sono situati lontano dalla banda di passaggio del filtro da ricostruzione.

5. Riassunto

Rispetto ad una progettazione tradizionale della DDS, la tecnica interpolata della DDS inserisce un interpolatore fra i circuiti della DDS ed il convertitore di D/A, rendenti un'più alta frequenza di campionamento. Con una tal struttura la progettazione del filtro da ricostruzione non è più l'impasse per la larghezza di banda. D'altra parte, i problemi dovuto i prodotti di distorsione di intermodulazione che cadono nella banda di passaggio del filtro da ricostruzione è risolto, con conseguente migliore prestazione di SFDR.

6. Riferimento

[1] Analog Devices, un'esercitazione tecnica sulla sintesi del segnale numerico

[2] A.V. Oppenheim, R.W. Schafer, J.R. Buck, elaborazione dei segnali di tempo discreto