Module générateur de fréquence C

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Module générateur de fréquence C-60
Code : 190836
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NOTICE
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Version 09/04

Le générateur DDS20 génère des signaux rectangulaires et sinusoïdales dans la gamme de
fréquence de 0,1 Hz à 20 MHz. Le processus DSS permet d’obtenir un signal d’excellente
qualité (grand écart entre les fréquences intermédiaires), mais aussi de petits niveaux de
réglage de fréquence. Ce processus DSS a une application universelle, par exemple dans le
montage d’un générateur de signaux rectangulaires et sinusoïdaux ou d’une base de temps à
haute résolution pour un récepteur à courtes ondes.
Généralités
Le processus DDS (Direct Digital Synthesis) génère des signaux de façon numérique par une
transformation directe analogique – numérique et possède de nombreux avantages importants par
rapport aux autres procédés :
- haute précision des fréquences (précision du rythme/tempo du système)
- de très petites étapes de réglages de la fréquence dans une gamme de fréquence
- une bonne stabilité du temps et de la température
- Une seule gamme de fréquence, donc aucun(e) changement/commutation de gamme.
- Réglage rapide
- Pas de dépassement de fréquences lors de changement/modification de phases
Les signaux sinus sont décrits par la formule mathématique a(t) = A • sin (w • t). Il en résulte une
courbe périodique qui se forme de façon numérique par l’émission de données numériques
correspondantes (les valeurs d’échantillonnage d’une oscillation sinusoïdale) sur un convertisseur
analogique numérique.
La phase d’une oscillation sinusoïdale (w • t) part de 0° à 360° (en équerre) ou de 0 à 2 π(en
courbe). Elle est ascendante de 0 à 2 πet descend jusqu’à 0.
Schéma 1 :
Oscillation sinusoïdale avec phase appropriée
Le schéma 1 représente une oscillation sinusoïdale et la phase adéquate. Pour reproduire un signal
sinus par DDS, cette phase est générée de façon numérique par un accumulateur de phases. La
valeur numérique de la phase actuelle figure dans un tableau et est retransmis sur un convertisseur
numérique/analogique qui génère ensuite la tension correspondante.
La puce ‘’AD9835’’ incorporée au composant DDS comprend le système DDS complet qui est
expliqué plus en détail par le schéma de connexions simplifié (schéma 2).
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c) Schéma d’implantation, côté platine 2
Platine avec composants et platine sans composants
Schéma 2 (p 7) :
Schéma de connexion de la puce AD9835
Le synthétiseur numérique direct comprend essentiellement de 3 composants principaux :
1. Accumulateurs de phases
2. Convertisseur de sinus/de phases
3. Convertisseur analogique/numérique
Comme nous l’avons expliqué, la phase d’une oscillation sinusoïdale part de 0 à 2 π. L’accumulateur
de phases (1) est une large mémoire de 32 Bits (résolution : 232 = 4.294.967.296) qui contient sous
la forme numérique la phase actuelle de l’oscillation sinusoïdale crée. Si chaque chiffre/position de la
mémoire 32 Bit est égale à 0, ceci correspond à 0 rad. Si, à cette position ,il y a un 1, la phase a
atteint 2 πrad, tandis que tout cycle de la fréquence ft est ajouté au contenu de l’accumulateur de
phases de la phase valeur Delta.
La valeur ‘’phase Delta’’ représente la variation d’une oscillation sinusoïdale par cycle et la
retransmet par un microcontrôleur à la puce.
Le signal de sortie de l’accumulateur de phases est ainsi représenté par une onde ascendante
numérique dont la fréquence répétée est égale au signal sinus crée.
Le schéma 3 à la page suivante montre le circuit intérieur simplifié de l’accumulateur de phases et
de l’onde ascendante numérique.
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Conformément au schéma 3, la fréquence fa se calcule comme suit :
On obtient le nombre de variations par période de signaux de sortie par la formule suivante :
Ainsi, la fréquence du signal de sortie peut être calculée en suivant la formule suivante :
Le synthétiseur possède ainsi 2 entrées numériques, affectées pour la fréquence, à savoir la
fréquence d’impulsions et le saut de phase ‘’Phase Delta’’.
Ainsi, la précision et la stabilité de la fréquence d’impulsions déterminent la précision et la stabilité
du signal sinus.
La résolution de fréquence, c’est-à-dire le plus petit niveau de réglage du signal sinus, est établie par
la largeur du mot N de la ‘’phase Delta’’. Vous obtenez la résolution de fréquence ∆f par la formule
suivante :
Sur un générateur DDS se trouve la plus petite variation de fréquence (interne) à une fréquence
d’impulsions de 50 MHz et à une largeur de mot N = 32 à 11,64 mHz.
Le convertisseur de sinus de phase (2) se compose essentiellement d’une mémoire (tableau) dont le
domaine d’adresse répartit les valeurs de balayage numériques d’une oscillation sinusoïdale. Vous
pouvez trier/lire cette mémoire périodiquement par les Bits puissants ‘’m’’ de l’accumulateur de
phases en tant qu’adresses.
Une limitation sur Bit ‘’m’’ est nécessaire pour réduire le déploiement d’énergie de la mémoire. Ainsi,
vous obtenez périodiquement les valeurs d’une oscillation sinusoïdale.
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Schéma des connexions
b) Schéma d’implantation, côté platine 1
Schéma 4 : principe de fonctionnement du convertisseur du sinus de phase
Le schéma 4 montre le principe de fonctionnement de cette partie du circuit. Les valeurs/les
données d’échantillonnage sont soit enregistrées (ROM) ou calculées à l’aide d’un algorithme et
emmagasinées dans la mémoire (RAM).
Ce dernier procédé offre la possibilité de production de différentes courbes. Les valeurs
d’échantillonnage/de balayage ainsi obtenues sont transmises à un convertisseur
numérique/analogique (3) qui produit la tension de sortie analogique.
Dans le cas idéal, la fréquence d’utilisation fa serait contenue exclusivement dans le signal de sortie.
Mais la tension de sortie est affligée par quelques signaux parasites conditionnés par la production
numérique qui sont totalement éliminés par le branchement d’un filtre passe-bas. Les signaux
parasitaires apparaissent à partir des raisons suivantes :
Les valeurs d’échantillonnage/de balayage extraites de la mémoire du signal sinus sont
transformées par la fréquence d’impulsions ft du convertisseur DA en tension analogique Par
conséquent, le (spectre) domaine de sortie idéal se répète selon la transformation Fourier lors d’une
multiplicité du chiffre de la fréquence d’impulsions.
Une autre pollution du spectre de la sortie serait dûe à une quantification du signal. La gamme
dynamique de la tension de sortie est répartie par la résolution du convertisseur DA de 10 Bit en
1024 niveaux. Cet effet s’exprime en bruit de quantification du point de vue de la qualité du signal et
vient s’ajouter réparti uniformément au spectre.
De plus, les non-linéarités produisent dans la fonction de transmission du convertisseur DA une
source de parasites qui est à peine calculée à l’avance et qui dépend du type de convertisseur DA.
Ces non-linéarités produisent dans les sorties l’harmonisation de la fréquence principale.
Toutes ces réflexions relatives au domaine de sortie sont représentées approximativement dans le
schéma 5.
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