DDS

La síntesis digital directa (DDS) es un método para generar señales calculándolas numéricamente en tiempo real y luego convirtiendo el resultado a formato analógico. Un circuito DDS toma un reloj de referencia, divide o multiplica su frecuencia bajo control digital y produce una forma de onda de salida continua, típicamente una onda sinusoidal. El componente central es un oscilador controlado numéricamente (NCO) que acumula fase a una velocidad establecida por una palabra de sintonización cargada en los registros de control. No se requieren osciladores mecánicos, varactores o bucles de enganche de fase, lo que hace que la DDS sea más rápida y estable que la síntesis de frecuencia analógica para muchas aplicaciones.

La ruta de salida en un chip DDS sigue una secuencia fija. El acumulador de fase del NCO se incrementa con la palabra de sintonización en cada ciclo de reloj, produciendo una rampa en diente de sierra. Esa rampa se trunca y se introduce en una tabla de consulta de seno (ROM), que convierte la fase cuantificada en muestras de amplitud. Un convertidor de digital a analógico (DAC) luego reconstruye la forma de onda analógica. La frecuencia de muestreo del DAC determina la frecuencia de salida máxima, limitada por el teorema de Nyquist a menos de la mitad de la frecuencia del reloj. Las frecuencias de reloj típicas varían desde decenas de megahercios hasta varios gigahercios, dependiendo de la tecnología del chip y la aplicación.

La resolución de frecuencia es uno de los beneficios clave. El tamaño del paso entre frecuencias adyacentes se establece por la frecuencia del reloj dividida por el ancho del acumulador (generalmente 32 o 48 bits). Un reloj de 100 MHz con un acumulador de 32 bits proporciona una resolución de aproximadamente 0.023 Hz, lo que permite una sintonización extremadamente fina sin cambiar entre registros de hardware o esperar el enganche de fase. La frecuencia se puede cambiar escribiendo una nueva palabra de sintonización en el puerto de control, con tiempos de conmutación en el rango de microsegundos o más rápidos.

La DDS se utiliza ampliamente en radares, sonares, radio definida por software, generadores de funciones y síntesis de frecuencia de precisión. Los sistemas de radar de matriz en fase utilizan DDS para generar múltiples canales a frecuencias ligeramente diferentes para la dirección del haz. Los equipos de prueba de comunicaciones dependen de DDS para la generación de portadoras de bajo ruido de fase. La principal desventaja es que el número finito de pasos de fase introduce espurias armónicas y ruido de cuantificación; el rango dinámico libre de espurias (SFDR) generalmente oscila entre 70 y 110 dB, dependiendo del ancho del acumulador y la resolución del DAC. Generalmente es necesario filtrar la salida analógica para suprimir estos artefactos, especialmente cuando se requiere alta pureza.

El término 'directa' distingue este enfoque de los métodos indirectos, como los bucles de enganche de fase, que ajustan la frecuencia de salida de un oscilador comparándola con una referencia y retroalimentando una señal de error. La DDS genera la señal matemáticamente solo a partir del reloj de referencia, sin bucle de retroalimentación. Los chips DDS modernos integran el NCO, la ROM, el DAC y, a menudo, un multiplicador de reloj y filtros de salida en un solo circuito integrado, con ejemplos que incluyen las familias AD9850 y AD9910. Los sintetizadores analógicos más antiguos que utilizaban osciladores controlados por voltaje y varactores requerían sintonización mecánica o electrónica; la DDS los reemplazó donde se necesitaba control digital y salto rápido de frecuencia.