Цифровая система передачи.

Наиболее простым вариантом цифрового передатчика с цифровым выходом можно считать комбинацию из цифрового сигнального процессора (DSP) и прямого цифрового синтезатора частоты (DDS), рис. 2. При этом DDS должен иметь одиночный (не квадратурный) выход. Такой передатчик может формировать сигналы с амплитудно-фазовыми видами модуляции (АМ, ЧМ, SSB, PSK, FSK, QAM) на частотах до десятков МГц.

Рис. 2

На схеме представлена реализация цифрового передатчика на основе DSP-процессора. DSP – это специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов. Процессоры DSP имеют преимущество при выполнении последовательных или насыщенных циклами алгоритмов, а также при реализации сложных алгоритмов, требующих вычислений с плавающей точкой. Также процессоры хорошо подходят для реализации малобюджетных проектов, не требующих большой вычислительной мощности, а также для создания устройств с низким энергопотреблением. Альтернативой DSP, при реализации цифровой обработки сигналов, являются ПЛИС(программируемая логическая интегральная схемы). Основные достоинства ПЛИС это:

- высокое быстродействие;

- возможность реализации сложных параллельных алгоритмов;

- наличие средств САПР, позволяющих проводить полное моделирование систем;

- возможность программирования или изменения конфигурации;

- совместимость при переводе алгоритмов на уровне языков описания аппаратуры(VHDL, AHDL, Verilog и др.);

- совместимость по уровням и возможность реализации стандартного интерфейса;

- наличие библиотек программ, описывающих сложные алгоритмы.

Архитектура ПЛИС как нельзя лучше приспособлена для реализации таких операций, как умножение, свертка и т.п.. Быстродействие ПЛИС позволяет реализовывать многие алгоритмы в радиочастотном тракте (в частности алгоритмы фильтрации). В нашем устройстве мы будем использовать в качестве ядра цифрового формирования ВЧ сигналов ПЛИС. Главным образом это обусловлено тем, что ПЛИС позволяют эффективно реализовывать сложные параллельные алгоритмы даже на микросхемах относительно недорогих семейств. Правда в отличие от DSP ПЛИС необходимы некоторые внешние элементы, такие как: память данных и память программ, тактовый генератор, формирователь шины или схемы управления и т.п.. Следовательно в нашу схему следует добавить микроконтроллер и тактовый генератор соединенных с ПЛИС. Таким образом схема нашего проектируемого устройства будет выглядеть как на рис. 3.

Рис. 3

После цифровой обработки сигнала необходимо получить сигнал в аналоговой форме, поэтому к ПЛИС подключается ЦАП. Цифро-аналоговый преобразователь принимает параллельные цифровые данные и создает аналоговый выходной сигнал, являющийся функцией входного цифрового кода. Основными характеристиками при выборе ЦАП служат:

-разрядность N (задаваемую в битах). И 2 в степени N младших значащих бит (МЗБ) определяют максимальный выходной аналоговый сигнал;

-интегральная нелинейность (Integral NonLinearity – INL), показывающая, насколько передаточная характеристика ЦАП отличается от идеальной, строго линейной характеристики;

-дифференциальная нелинейность (Differenrial NonLinearity – DNL) определяет, насколько приращение аналогового сигнала, полученное при увеличении кода на 1 МЗБ, отличается от идеального значения;

-погрешность смещения ЦАП, определяющая отклонение реального выходного сигнала от идеального равна выходному сигналу при отсутствии на входе цифровых данных. Эта погрешность постоянна для всех входных цифровых данных и может быть компенсирована соответствующей калибровкой. Приемлемое значение погрешности обычно меньше ±10 мВ;

-погрешность преобразования(разность между значениями максимального напряжения идеального и реального выходного аналогового сигнала после вычета погрешности смещения);

-частота дискретизации, т.е. частота, на которой ЦАП способен выдавать на выходе корректный результат. Частота дискретизации должна быть не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре сигнала;

-SFDR (отношение сигнал/шум+искажения), характеризует в децибелах отношение мощности выходного сигнала к суммарной мощности шума и гармонических искажений.

Выход ЦАП наряду с нужными частотными компонентами содержит и нежелательные высокочастотные компоненты, или зеркальные изображения, центрированные на частотах, кратных частоте дискретизации. В зависимости от приложения высокочастотные компоненты могут вызвать нежелательные побочные эффекты. Во избежание этого на выходе ЦАП ставится аналоговый антиимиджинговый фильтр. Роль данного фильтра заключается в сглаживании шагов выхода ЦАП и устранении таким образом нежелательных высокочастотных компонентов. Фильтр должен обеспечивать достаточное подавление характеристики на частотах превышающих частоту Найквиста [2].