DDS

La synthèse numérique directe (DDS) est une méthode de génération de signaux en les calculant numériquement en temps réel, puis en convertissant le résultat en forme analogique. Un circuit DDS prend une horloge de référence, divise ou multiplie sa fréquence sous contrôle numérique, et produit une forme d'onde de sortie continue, généralement une onde sinusoïdale. Le composant central est un oscillateur commandé numériquement (NCO) qui accumule la phase à une vitesse définie par un mot de réglage chargé dans les registres de commande. Aucun oscillateur mécanique, varacteur ou boucle à verrouillage de phase n'est requis, ce qui rend la DDS plus rapide et plus stable que la synthèse de fréquence analogique pour de nombreuses applications.

Le chemin de sortie dans une puce DDS suit une séquence fixe. L'accumulateur de phase du NCO s'incrémente du mot de réglage à chaque cycle d'horloge, produisant une rampe en dents de scie. Cette rampe est tronquée et introduite dans une table de consultation de sinus (ROM), qui convertit la phase quantifiée en échantillons d'amplitude. Un convertisseur numérique-analogique (CNA) reconstitue ensuite la forme d'onde analogique. Le taux d'échantillonnage du CNA détermine la fréquence de sortie maximale, limitée par le théorème de Nyquist à moins de la moitié du taux d'horloge. Les fréquences d'horloge typiques varient de dizaines de mégahertz à plusieurs gigahertz selon la technologie de la puce et l'application.

La résolution en fréquence est l'un des principaux avantages. La taille du pas entre les fréquences adjacentes est définie par la fréquence d'horloge divisée par la largeur de l'accumulateur (généralement 32 ou 48 bits). Une horloge de 100 MHz avec un accumulateur de 32 bits donne une résolution d'environ 0,023 Hz, permettant un réglage extrêmement fin sans basculer entre les registres matériels ou attendre le verrouillage de phase. La fréquence peut être modifiée en écrivant un nouveau mot de réglage sur le port de commande, avec des temps de commutation de l'ordre de la microseconde ou plus rapides.

La DDS est largement utilisée dans les radars, les sonars, la radio logicielle, les générateurs de fonctions et la synthèse de fréquence de précision. Les systèmes radar à réseau phasé utilisent la DDS pour générer plusieurs canaux à des fréquences légèrement différentes pour l'orientation du faisceau. Les équipements de test de communication s'appuient sur la DDS pour la génération de porteuses à faible bruit de phase. Le principal compromis est que le nombre fini de pas de phase introduit des raies harmoniques et un bruit de quantification; la plage dynamique sans parasites (SFDR) varie généralement de 70 à 110 dB selon la largeur de l'accumulateur et la résolution du CNA. Le filtrage de la sortie analogique est généralement nécessaire pour supprimer ces artefacts, surtout lorsque une grande pureté est requise.

Le terme «direct» distingue cette approche des méthodes indirectes telles que les boucles à verrouillage de phase, qui ajustent la fréquence de sortie d'un oscillateur en la comparant à une référence et en renvoyant un signal d'erreur. La DDS génère le signal mathématiquement à partir de l'horloge de référence seule, sans boucle de rétroaction. Les puces DDS modernes intègrent le NCO, la ROM, le CNA, et souvent un multiplicateur d'horloge et des filtres de sortie dans un seul circuit intégré, avec des exemples incluant les familles AD9850 et AD9910. Les anciens synthétiseurs analogiques utilisant des oscillateurs commandés en tension et des varacteurs nécessitaient un réglage mécanique ou électronique; la DDS les a remplacés là où un contrôle numérique et un saut de fréquence rapide étaient nécessaires.