TÓM TẮT NỘI DUNG

Đề tài hướng tới một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật tổng hợp tần số trực tiếp (DDS). Trong phần đầu, nội dung đề cập tới sơ đồ cấu tạo và giải thích nguyên lý hoạt động của một hệ thống DDS (Direct Digital Syntherizer). Khi xem xét toàn bộ hệ thống DDS thì mối quan hệ giữa phổ đầu ra của hệ thống và nhiễu do ảnh hưởng của lấy mẫu, tái tạo tín hiệu, và do các hạn chế phải chấp nhận khi triển khai thực tế là vấn đề đầu tiên được quan tâm tìm hiểu. Tiếp đó là vấn đề sai số, các nguồn gây sai số và ảnh hưởng của sai số tới hiệu năng tín hiệu kí sinh, vấn đề điều chế tín hiệu,bộ lọc triệt méo, bộ lọc FIR, bộ lọc IIR, bộ lọc polyphase…..Những ứng dụng điều chế là một phần không thể thiếu khi nghiên cứu kỹ thuật DDS, vì vậy phần sau đề tài trình bày một số vấn đề về điều chế FSK, PSK, QAM dùng DDS. Ngoài những vấn đề lý thuyết trên, đề tài cũng dành một số trang để minh họa những ưu điểm nổi bật của kỹ thuật DDS, những xu thế phát triển nhằm hoàn thiện công nghệ DDS và những tiến bộ đạt được của một hệ thống tích hợp công nghệ DDS.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: NHỮNG ĐIỀU CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT DDS 2

1.1 Những ưu điểm của DDS 2

1.2 Lý thuyết hoạt động 2

1.3 Xu hướng tích hợp chức năng 5

CHƯƠNG 2: LẤY MẪU ĐẦU RA VÀ KHẢ NĂNG CHUYỂN PHA VÀ TẦN SỐ CỦA THIẾT BỊ DDS 7

2.1 Lấy mẫu đầu ra thiết bị DDS 7

2.2 Khả năng chuyển pha và tần số của DDS 8

3.1 Xác định tốc độ điều chỉnh tối đa 9

3.2 Giao tiếp điều khiển DDS 9

CHƯƠNG 3: VẤN ĐỀ NHIỄU TRONG HỆ DDS 11

3.1 Tác động của độ phân giải DAC lên hiệu năng nhiễu vệt (spurious performance) 11

3.2 Tác động của oversampling lên hiệu năng nhiễu vệt 12

3.3 Tác động của cắt giảm trong bộ tích lũy pha lên hiệu năng vệt (spur) 13

3.3.1 Biên độ các vệt 14

3.3.2 Phân bố các vệt tạo bởi sự cắt pha 15

3.3.3 Tóm tắt về cắt bỏ phase 18

3.4 Các nguồn gây ra các vệt khác của DDS 19

3.5 Hiệu năng vệt giải rộng 20

3.6 Hiệu năng vệt giải hẹp 21

3.7 Dự báo và khái thác vệt “sweet spots” trong dải điều chỉnh của DDS 21

3.8 Xem xét sự biến động (Jitter) và ồn pha trong hệ thống DDS 21

3.9 Xem xét bộ lọc đầu ra 24

3.9.1 Đáp ứng của họ Chebyshev 27

3.9.2 Đáp ứng của bộ lọc họ Gauss 28

3.9.3 Đáp ứng của họ Legendre 29

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ĐIỀU CHẾ SỐ CỦA DDS 31

4.1 Lý thuyết điều chế số cơ bản 31

4.1.1 Các khái niệm cơ bản 31

4.1.2 Điều chế 33

4.2 Kiến trúc hệ thống và yêu cầu 35

4.3 Bộ lọc số 36

4.3.1 Bộ Lọc FIR 36

4.3.2 Bộ lọc IIR 38

4.4 DSP đa tốc 39

4.4.1 Tăng tốc 40

4.4.2 Giảm tốc 41

4.4.3 Chuyển đổi tốc độ với tỷ số n/m 43

4.4.4 Bộ lọc số 43

4.5 Xem xét đồng bộ dữ liệu vào và xung 47

4.6 Các phương thức mã hóa dữ liệu và triển khai DDS 49

4.6.1 Mã hóa FSK 49

4.6.2 Mã hóa PSK 50

4.6.3 Mã hóa QAM 51

4.6.4 Quadrature up-conversion 52

CHƯƠNG 5: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 54

5.1 Giới thiệu chip DDS AD9835 54

5.2.1 Lý thuyết hoạt động 54

5.2.2 Giao tiếp với vi điều khiển 55

5.2 Mạch tạo dao động sử dụng AD8935 56

5.2.1 Sơ đồ nguyên lý 56

5.2.2 Sơ đồ mạch in: 58

5.2.3 Mạch triển khai thực tế 59

KẾT LUẬN 60

MỞ ĐẦU

Thực tế, kỹ thuật DDS trước đây chủ yếu dành riêng cho các ứng dụng quân sự, vì nó đắt, khó triển khai và yêu cầu bộ chuyển đổi số - tương tự tốc độ cao. Vì sự tiến bộ của công nghệ mạch tích hợp, DDS đã trở thành sự lựa chọn khác bên cạnh công nghệ vòng khóa pha để tạo ra tần số đầu ra nhanh trong các ứng dụng dùng tổng hợp tần số. Vì được xây dựng bằng phương pháp xử lý số nên DDS cho phép thực hiện điều chế dễ dàng.

Gần đây, những tiến bộ trong công nghệ sản xuất IC, đặc biệt là CMOS, cùng với sự phát triển của các thuật toán DSP đã cung cấp giải pháp chip DDS cho các hệ thống con xử lý tín hiệu số và truyền thông phức tạp như là điều chế, giải điều chế, tạo dao động nội, máy phát xung khả trình, máy phát chirp1). Phạm vi ứng dụng DDS ngày càng mở rộng, bao gồm cable modems, các thiết bị đo, các máy tạo sóng tùy ý, trạm tế bào cơ sở và nhiều ứng dụng khác nữa.

Mục đích của đề tài này là tiếp cận công nghệ DDS, trên cơ sở tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các nguồn sai số trong một hệ thống DDS và những khả năng ứng dụng rộng lớn của DDS. Trên cơ sở đó giúp cho trong tương lai có thể triển khai được một hệ thống DDS trên FPGA, hay xa hơn có thể dùng DDS để tích hợp vào các hệ thống khác như là vòng khóa pha, các ứng dụng điều chế và giải điều chế…

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Ngô Diên Tập, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Điện tử - Viễn thông đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.

KẾT LUẬN

Để thực hiện đề tài này, em đã tham khảo khá nhiều tài liệu về lĩnh vực tổng hợp tần số trực tiếp. Qua đó em đã rút ra cho bản thân mình nhiều kinh nghiệm đang quý khi muốn tìm hiểu một vấn đề. Đề tài đã cho em cơ hội để hệ thống lại những kiến thức mình đã học đồng thời tìm hiểu được những vấn đề quan trọng trong tổng hợp tần số trực tiếp. Một công nghệ đang ngày càng được sử dụng rộng rãi.

Trong gần hai tháng thực hiện đề tài, em đã tìm hiểu được nhiều vấn đề có thể coi là cơ bản và quan trọng trong công nghệ tổng hợp tần số trực tiếp. Đầu tiên là về nguyên tắc hoạt động, đây là một vấn đề cơ bản khi tiếp cận công nghệ này. Nguyên lý hoạt động của một hệ thống tổng hợp tần số trực tiếp đã được viết khá rõ trong chương một của cuốn luận văn này. Vấn đề thứ hai em đã tìm hiểu khi tiếp cận với công nghệ tổng hợp tần số trực tiếp đó là nghiên cứu phổ đầu ra. Vấn đề về nhiễu là quan trong trong một hệ lấy mẫu hoạt động ở dải tần số cao. Nghiên cứu những ảnh hưởng của nhiễu và những tác nhân gây nên nhiễu là một công việc rất khó nhưng lại rất quan trọng. Đề tài chỉ mới tiếp cận chứ chưa đi sâu tìm hiểu cụ thể được vấn đề này. Đó là một hạn chế nhưng trong khuân khổ thời gian ngắn để thực hiện đề tài đồng thời bản thân còn thiếu kinh nghiệm và kiến thức. Nên em hi vọng trong thời gian tới có thể tìm hiểu sâu hơn và có thể phát triển đề tài cao hơn trong luận văn cao học.

Một chủ đề nữa em đã dành nhiều thời gian để tìm hiểu đó là những ứng dụng điều chế của DDS. Việc thực hiện điều chế FSK, PSK, QAM được thực hiện dễ dàng với những chip DDS cung cấp bởi hãng ANALOG DEVICES.

Mặc dù đã rất có gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi một số những lỗi sai. Nhiều thuật ngữ chuyên ngành tiếng anh em đã để từ tiếng anh của nó để tránh những sai sót khi hiểu về vấn đề. Em hi vọng các thầy cô giáo sẽ thông cảm và góp ý giúp em hoàn thiện hơn đề tài.