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直接デジタル合成（DDS）は、単一の固定周波数基準クロックから任意の波形を作成するために使用される周波数シンセサイザーによって使用される方法です。DDSは、信号生成、通信システムの局部発振器、関数発生器、ミキサー、変調器、[1]サウンドシンセサイザー、デジタル位相同期ループの一部としてなどのアプリケーションで使用されます。[2]
概要
基本的なダイレクトデジタルシンセサイザは、図1に示すように、周波数基準（多くの場合、水晶発振器またはSAW発振器）、数値制御発振器（NCO）、およびデジタル-アナログ変換器（DAC）[5]で構成されています。
基準発振器は、システムに安定した時間基準を提供し、DDS の周波数精度を決定します。基準発振器はNCOにクロックを提供し、NCO は出力で、周波数制御レジスタに含まれるデジタル ワードによって周期が制御される、離散時間の量子化された目的の出力波形 (多くの場合、正弦波)を生成します。サンプリングされたデジタル波形は、 DACによってアナログ波形に変換されます。出力再構成フィルタは、アナログ変換プロセスに固有の ゼロ次ホールドによって生成されたスペクトル レプリカを排除します。
パフォーマンス
DDS は、アナログの位相ロックループ(PLL) に比べて、周波数の敏捷性が大幅に向上し、位相ノイズが改善され、周波数切り替え遷移全体で出力位相を正確に制御できるなど、多くの利点があります。欠点としては、主にNCOでの切り捨て効果によるスプリアス応答、高次 (>1) ナイキストイメージによる交差スプリアス、主にデジタル/アナログコンバータによる大きな周波数オフセットでのノイズフロアの増加などが挙げられます。[6]
DDSはサンプリングシステムであるため、出力周波数F outでの目的の波形に加えて、ナイキストイメージも生成されます（プライマリイメージはF clk -F outにあり、F clk は基準クロック周波数です）。これらの不要なイメージを除去するために、DDSは通常、図1に示すようにアナログ再構成ローパスフィルタと組み合わせて使用されます。 [7]
周波数の柔軟性
DDS の出力周波数は、周波数制御レジスタ (FCR) に格納された値によって決定されます (図 1 を参照)。この値は、NCOの位相アキュムレータのステップ サイズを制御します。NCO は離散時間領域で動作するため、FCR に格納された値の変化と一致するクロック エッジで周波数が瞬時に変化します。DDS 出力周波数のセトリング時間は、主に再構成フィルタの位相応答によって決定されます。線形位相応答 (つまり、出力は単に入力信号の遅延バージョン) を持つ理想的な再構成フィルタは、線形システムでは入力に存在しない周波数を作成できないため、出力で瞬時の周波数応答が可能になります。[8]
位相ノイズとジッター
DDS の優れた近接位相ノイズ性能は、フィードフォワード システムであるという事実に由来します。従来の位相ロック ループ(PLL) では、フィードバック パスの周波数分周器が基準発振器の位相ノイズを増幅し、PLL ループ帯域幅内でこの過剰ノイズを VCO 出力に印加します。一方、DDS では、クロックの分数分割によって出力が得られるため、基準クロックの位相ノイズが の比率で低減されます。基準クロックのジッタは出力に直接反映されますが、このジッタは出力周期のより小さな割合 (上記の比率による) になります。最大出力周波数は に制限されるため、近接オフセットでの出力位相ノイズは常に基準クロックの位相ノイズより少なくとも 6 dB 低くなります。[6]
キャリアから遠く離れたオフセットでは、DDS の位相ノイズ フロアは、DAC量子化ノイズ フロアと基準クロック位相ノイズ フロアの電力合計によって決まります。
参照
参考文献
- ^ 「DDS はテスト、測定、通信における波形を制御します」。Analog Devices Corporation。
- ^ Paul Kern (2007 年 7 月)。「ダイレクト デジタル合成によりデジタル PLL が可能に」(PDF)。RFDesign。2012年 4 月 5 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2010年 1 月 15 日に取得。
- ^ 「数値制御発振器」。Lattice Semiconductor Corporation。2009 年。
- ^ ジェーン・ラダッツ、「IEEE 標準電気・電子用語辞典」、IEEE 標準局、ニューヨーク、NY、1997 年
- ^ 一部の著者はDDSとNCOという用語を同じ意味で使用していますが、[3]慣例的にNCOはDDSのデジタル部分（離散時間、離散振幅）を指します[4]
- ^ ab 「シングルチップダイレクトデジタル合成とアナログ PLL」。Analog Devices Corporation。
- ^ Kroupa, Venceslav F.、「ダイレクトデジタル周波数シンセサイザー」、IEEE Press、1999年、ISBN 0-7803-3438-8
- ^ チェン、CT (1970)。線形システム理論入門。Holt、Rinehart and Winston、Inc. ISBN 978-0-03-077155-2。
外部リンクと参考文献
- デジタル信号合成に関するチュートリアル ( Analog Devicesより)
- L. Cordesses、「ダイレクト デジタル合成: 周期波生成ツール (パート 1)」IEEE 信号処理マガジン、DSP のヒントとコツのコラム、pp. 50～54、第 21 巻、第 4 号、2004 年 7 月。
- L. Cordesses、「ダイレクト デジタル合成: 周期波生成ツール (パート 2)」、IEEE 信号処理マガジン、DSP のヒントとコツのコラム、pp. 110–117、第 21 巻、第 5 号、2004 年 9 月。
- Jouko Vankka & Kari AI Halonen (2010)。ダイレクト デジタル シンセサイザー: 理論、設計、アプリケーション。Kluwer 国際工学およびコンピュータ サイエンス シリーズ。ボストン、マサチューセッツ州: Kluwer Academic Publishers。ISBN 978-1-4419-4895-3。