완료 직접 디지털 합성 (DDS)은 디지털 방식으로 조작된 고정 시스템 클록을 DAC를 통해 출력하여 아날로그 파형을 생성하는 기술입니다. 이를 통해 넓은 주파수 범위에서 세밀한 주파수 분해능을 사용할 수 있으며 해당 주파수 사이에서 신속하게 전환할 수 있습니다.
DDS에서 클록을 생성하는 과정, Analog Devices 애플리케이션 참고 사항
AN-823에서 발췌
직접 디지털 합성: 자세히 알아보기
마이크로컨트롤러와 같은 가장 기본적인 회로 컴포넌트에는 타이밍 및 제어 목적으로 단일 클록 주파수가 필요합니다. 사전 정의된 주파수 하나를 방출하는 기준 진동자를 사용해서 단일 클록 주파수를 생성할 수 있습니다. 조금 낯설게 들릴 수도 있지만, 이는 특정 차크라와 공진하는 것으로 알려진 주파수를 방출하는 석영 조각을 대상으로 한 아주 독특한 대화에서 발생합니다. 크리스탈 진동자의 주파수는 기기 내 물리적 재료가 가진 압전 특성에 의해서 결정됩니다. 클록 분압기 같은 IC와 곱셈기가 있지만 주변 컴포넌트를 변경해서 주파수를 약간 조정하는 것도 가능합니다. 일반적으로 크리스탈 하나에 주파수 하나가 고정되어 있습니다.
RF 여진기 등의 일부 기기에는 다수의 주파수가 필요합니다. 이 주파수가 동시에 필요하지는 않더라도 각 주파수가 다른 주파수의 정확한 배수가 아닌 경우에는 각각의 진동자가 필요합니다. 대부분의 다중 주파수 애플리케이션에는 주파수 사이에서 빠르고 역동적으로 도약할 수 있는 능력이 필요하지만, 여기에 필요한 제어는 다수의 크리스탈 사이에서 신속하게 선택을 해야 하는 시스템에서는 불가능한 수준입니다.
직접 디지털 합성, 그 이상
직접 디지털 합성 외에도 임의 파형을 생성할 수 있는 방법이 있습니다. 아날로그 컴포넌트의 대기 시간과 크기가 중요하지 않고, 디지털 아날로그 변환기(DAC)와 다른 우수한 프로그래밍으로 저주파수를 합성할 수 있는 경우 주파수 합성기에 기반한 위상 고정 루프(PLL)를 사용해도 됩니다. 그러나 정확하고 민첩한 디지털 제어가 필요한 애플리케이션에서는 DDS만 사용할 수 있습니다.
에바 머피(Eva Murphy)와 콜럼 슬래티(Colm Slattery)가 Analog Devices를 위해 작성한 문서에는 직접 디지털 합성에 관련된 수학과 논리가 자세히 설명되어 있습니다. 기본 원리는 그림으로 설명할 수 있습니다.
Analog Devices 직접 디지털 합성기 컴포넌트의 애플리케이션 엔지니어에게 물어보세요 #33
DDS는 알려진 시스템 클록과 디지털 프로세서에서 제공된 번호를 사용하여 번호와 일치하는 룩업 테이블의 위치를 기반으로 사인파를 생성합니다.
Analog Devices는 DDS 전 단계를 단일 패키지에서 수행하는 저전력 IC 제품군을 보유하여 실제 DDS 구현을 선도하고 있습니다.
Analog Devices의 합성기 중 가장 인기 있는 모델로 꼽히는 AD9833의 기능성 블록 다이어그램은 위에 제시된 그림과 매우 비슷합니다.
Analog Devices AD9833의 기능성 블록 다이어그램
이 소형 기기는 사인파, 삼각파, 사각 출력파를 생성하며, 소프트웨어를 사용해 출력 주파수와 위상을 원하는 대로 프로그래밍할 수 있습니다. 10핀 자동차 정격 IC는 마이크로컨트롤러 또는 DSP와 통신할 때 3-wire SPI를 사용하며 전력은 단 몇 밀리와트만 소모합니다.
가변 정밀도 이해
직접 디지털 합성 IC의 가변 정밀도는 주파수 레지스터 및 제공된 클록 주파수에 따라 달라집니다. 레지스터가 넓을 수록 시계 주파수에서 고유한 슬라이스가 더 많이 생성될 수 있습니다. 예를 들어 AD9833의 버스 폭이 28이라고 하면, 이는 바이너리 데이터 28비트를 저장할 수 있거나 기본 10에서 시계 주파수를 268,435,455가지로 나눌 수 있다는 뜻입니다.
제공된 시계가 1MHz에서 작동하는 경우 이 기기는 1MHz를 268,435,455로 나눈 값, 즉 0.004Hz의 정밀도 출력을 생성할 수 있습니다. 해당 장치의 최대 입력 주파수인 25MHz에서는 즉시 출력을 0.1Hz로 제어할 수 있습니다.
민첩한 국부 진동자(LO) 등의 애플리케이션에는 고주파수가 필요한 경우가 많지만 좀 더 낮은 분해능도 이용할 수 있습니다.
Analog Devices의 AD9914는 16비트 광대역 주파수 레지스터만 사용하지만 최대 입력 주파수는 3.5GHz까지 사용 가능합니다. 이로 인해 달성 가능한 주파수의 분해능은 낮아지지만 주파수가 디지털 기술의 속도에 힘입어 뛰어난 정확성을 갖고 고주파수 사이에서 도약하게 됩니다.
직접 디지털 합성은 모든 애플리케이션에 대한 궁극적 솔루션이 아닙니다. 2.4GHz와 5GHz에서 사용할 수 있는 IoT 장치를 만드는 경우에는 초고속 주파수 도약이 필요하지 않습니다. 그러나 첩 소스 또는 극 변조기처럼 폭넓은 주파수 범위에서 도약해야 하는 것을 제작할 때 직접 디지털 합성 IC를 사용하면 복잡한 합성 방법을 보다 쉽게 디자인에 통합할 수 있습니다.
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