서론
다양한 주파수와 파형 프로파일을 정확하게 생성하고 제어하는 능력은 여러 산업 분야에서 핵심 요구사항이 되었습니다. 통신을 위해 스퓨리어스 성능이 우수하고 위상 잡음이 낮은 빠른 가변 주파수원을 제공하거나, 산업용 또는 생체 의학용 테스트 장비에서 주파수 자극 신호만 단순히 생성하든, 편의성, 소형화, 저비용이 중요한 설계 고려 사항입니다. 설계자는 PLL 기반 기술이나 DAC 프로그래밍과 같은 다른 방식을 선택할 수도 있지만, 고해상도의 프로그래밍 가능한 아날로그 파형을 소형인 저가의 단일 칩 IC로 생성할 수 있어서 DDS가 널리 사용되고 있습니다.
직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis, DDS)이란?
DDS는 시변 신호를 디지털 형태로 생성한 뒤, 디지털-아날로그 변환을 거쳐 아날로그 파형(주로 사인파)으로 만드는 방법입니다. DDS는 신호 발생기, 통신 시스템의 국부 발진기, 함수 발생기, 믹서, 변조기, 사운드 신디사이저와 같은 응용 분야 및 디지털 위상 고정 루프(Digital Phase Locked Loop)의 일부로서 사용됩니다.
DDS 사용의 주요 이점은 무엇인가요?
AD9833과 같은 DDS 소자는 고속 SPI(직렬 주변 장치 인터페이스)로 프로그래밍할 수 있으며, 외부 클록만 있으면 간단한 사인파를 생성할 수 있습니다. DDS 소자는 현재 1GHz 클록을 기준으로 1Hz 미만에서 최대 400MHz까지의 주파수를 생성하는 것도 가능합니다. 저전력, 저비용, 단일 소형 패키지라는 장점은 고유의 우수한 성능 및 출력 파형을 디지털 방식으로 프로그래밍(및 재프로그래밍)할 수 있는 능력과 함께 DDS를 개별 부품으로 구성된 유연성이 떨어지는 솔루션에 비해 굉장히 매력적인 솔루션으로 만듭니다.
일반적인 DDS 소자로 어떤 파형을 생성할 수 있나요?
DDS 소자의 출력은 단순히 사인파에만 국한되지는 않습니다. AD9833는 아래 그림 1과 같이 사각파, 삼각파, 사인파를 출력할 수 있습니다.
DDS 소자는 사인파를 어떻게 생성하나요?
DDS 소자의 주요 구성 요소는 위상 누산기(Phase Accumulator), 위상-진폭 변환 블록(일반적으로 사인파 룩업 테이블), 그리고 DAC입니다. 아래 그림 2에 이 블록들을 표현하였습니다.
DDS는 주어진 주파수의 사인파를 생성합니다. 이 주파수는 기준 클록 주파수와 주파수 레지스터에 프로그램된 이진 값이라는 두 가지 변수에 의해 결정됩니다.
주파수 레지스터의 이진 값은 위상 누산기의 주요 입력이 됩니다. 사인파 룩업 테이블을 사용하는 경우, 위상 누산기가 룩업 테이블을 위한 위상(각도) 주소를 계산하면, 룩업 테이블은 그 위상 각도의 사인파에 해당하는 진폭의 디지털 값을 DAC로 출력합니다. DAC는 이 디지털 값을 아날로그 전압 또는 전류로 변환합니다. 고정 주파수의 사인파를 생성하기 위해, 매 클럭 주기마다 일정한 값(위상 증가량으로, 이진 값에 의해 결정됨)이 위상 누산기에 더해집니다. 위상 증가량이 크면 위상 누산기가 사인파 룩업 테이블을 빠르게 훑고 지나가 높은 주파수의 사인파를 생성하며, 위상 증가량이 작으면 더 많은 단계를 거쳐서 낮은 주파수의 파형을 생성합니다.
DDS 기반 시스템의 핵심 성능 사양은 무엇인가요?
위상 잡음, 지터, 그리고 스퓨리어스가 없는 동작 대역(SFDR)이 핵심 성능 사양입니다.
위상 잡음: 샘플링 시스템에서 잡음은 여러 요인의 영향을 받습니다. DDS 시스템에서 기준 클록의 지터는 위상 잡음으로 나타나며, 선택한 코드 워드에 따라 위상 절단(Phase Truncation)은 오류를 발생시킵니다. 절단된 이진 코드 워드로 정확한 비율을 표현하면 절단 오류가 없지만, 더 많은 비트가 필요한 비율의 경우 위상 잡음 절단 오류는 스펙트럼 플롯에서 스퍼로 나타납니다. 스퍼의 크기와 분포는 선택된 코드 워드에 따라 달라집니다. DAC도 시스템 노이즈에 영향을 줍니다. DAC의 양자화 및 선형성 오류는 잡음과 고조파 왜곡 모두를 발생시킵니다.
지터: 지터는 디지털 신호의 엣지가 장기 평균 위치로부터 동적으로 변위되는 현상으로, 일반적으로 각도 단위의 RMS 값으로 측정됩니다. 오실레이터에서 발생한 지터는 열 잡음, 오실레이터 회로의 전기적 불안정성, 그리고 전원 라인, 접지 및 출력 연결을 통한 외부 간섭 등에 의해 발생할 수 있습니다. 주변 송신기로부터의 RF 간섭과 같은 외부 자기장 또는 전기장도 오실레이터 출력에 영향을 주는 지터의 원인이 될 수 있습니다. 심지어 단순한 증폭기, 인버터, 또는 버퍼도 신호에 지터를 유발할 수 있습니다.
따라서 DDS 소자의 출력도 일정 수준의 지터를 생성하게 됩니다. 모든 클록은 본질적으로 어느 정도의 지터를 가지고 있기 때문에, 처음부터 지터가 낮은 오실레이터를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 높은 주파수의 클록 주파수를 분주하는 것은 지터를 줄이는 한 가지 방법입니다. 주파수를 분주하면 같은 양의 지터가 더 긴 주기 안에서 발생하기 때문에, 시스템 시간에서 차지하는 지터의 비율이 줄어듭니다.
스퓨리어스가 없는 동적 범위(SFDR, Spurious-Free Dynamic Range): SFDR은 스펙트럼 내에서 기본 신호의 최고 레벨과 스퓨리어스 신호(에일리어싱 신호와 고조파 성분을 포함)의 최고 레벨 간의 비율을 데시벨(dB)로 나타낸 것입니다. 다른 통신 채널 및 애플리케이션과 주파수 스펙트럼을 공유하는 환경에서 SFDR은 매우 중요한 사양입니다. 송신기가 스퓨리어스 신호를 다른 주파수 대역으로 방출할 경우, 인접한 신호를 손상시키거나 간섭할 수 있습니다.
응용 분야
DDS의 응용 분야는 다음 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.
- 통신 및 레이더 시스템에서 데이터 인코딩 및 변조에 적용할 빠르게 반응하는 주파수원
- 산업용 및 생체 의학용 장비에서 디지털 방식의 주파수 프로그래밍 및 실시간 주파수 조정이 가능하고, 측정에 응용할 수 있는 프로그래밍 가능한 파형 발생기
이 두 범주 모두에서, 스펙트럼 순도(낮은 위상 잡음 및 높은 SFDR)를 더 높이는 추세이며, 동시에 원격 제어 또는 배터리 구동 장비의 경우 저전력 및 소형화 요구가 추세로 자리잡고 있습니다.
DDS 소자에 대한 보다 자세한 정보는 다음을 참고해 보시기 바랍니다.
Tech Forum
Direct Digital Synthesis (DDS)
직접 디지털 합성기(Direct Digital Synthesis, DDS)의 최대 쓰기 속도
250 MHz single-tone signals using DDS evaluation boards AD9910/PCBZ
동영상 라이브러리
IDT 8V97051 RF Synthesizer | Digi-Key Daily
기사 라이브러리
직접 디지털 파형 합성기(DDS)의 기본 사항과 선택법 및 사용법
DDS 검색 결과
제품 교육 라이브러리
Direct Digital Synthesis Tutorial Series (1 of 7): Introduction
DDS 검색 결과
제품 주요 내용
DDS 검색 결과
제품 예시:
| 제조업체 제품 번호 | AD9852ASVZ |
|---|---|
| 디지키 제품 번호 | AD9852ASVZ-ND |
| 제조업체 | Analog Devices Inc. |
| 제품 요약 | IC DDS 300MHZ 12BIT 80TQFP |
| 규격서 | 여기를 클릭하십시오 |
| 제조업체 제품 번호 | AD9837ACPZ-RL7 |
|---|---|
| 디지키 제품 번호 | 505-AD9837ACPZ-RL7TR-ND |
| 제조업체 | Analog Devices Inc. |
| 제품 요약 | IC DDS 5MHZ 10BIT 10LFCSP |
| 규격서 | 여기를 클릭하십시오 |
적용 가능한 부품 번호
| 디지키 부품 번호 | 제조업체 부품 번호 |
|---|---|
| 505-AD9837ACPZ-RL7TR-ND,505-AD9837ACPZ-RL7CT-ND,505-AD9837ACPZ-RL7DKR-ND | AD9837ACPZ-RL7 |
| AD9837ACPZ-RLTR-ND,AD9837ACPZ-RLCT-ND,AD9837ACPZ-RLDKR-ND | AD9837ACPZ-RL |
| 505-AD9837BCPZ-RL7TR-ND,505-AD9837BCPZ-RL7CT-ND,505-AD9837BCPZ-RL7DKR-ND | AD9837BCPZ-RL7 |
| 505-AD9838BCPZ-RL7TR-ND,505-AD9838BCPZ-RL7CT-ND,505-AD9838BCPZ-RL7DKR-ND | AD9838BCPZ-RL7 |
| AD9834BRUZ-REEL7TR-ND,AD9834BRUZ-REEL7CT-ND,AD9834BRUZ-REEL7DKR-ND | AD9834BRUZ-REEL7 |
| 505-AD5932YRUZ-ND | AD5932YRUZ |
| 505-AD9833BRMZ-ND | AD9833BRMZ |
| AD9833BRMZ-REELTR-ND,AD9833BRMZ-REELCT-ND,AD9833BRMZ-REELDKR-ND | AD9833BRMZ-REEL |
| 505-AD9833BRMZ-REEL7TR-ND,505-AD9833BRMZ-REEL7CT-ND,505-AD9833BRMZ-REEL7DKR-ND | AD9833BRMZ-REEL7 |
| 505-AD9834BRUZ-ND | AD9834BRUZ |
| 505-AD9834CRUZ-ND | AD9834CRUZ |
| 505-AD9834CRUZ-REEL7TR-ND,505-AD9834CRUZ-REEL7CT-ND,505-AD9834CRUZ-REEL7DKR-ND | AD9834CRUZ-REEL7 |
| AD9832BRUZ-REEL7TR-ND,AD9832BRUZ-REEL7CT-ND,AD9832BRUZ-REEL7DKR-ND | AD9832BRUZ-REEL7 |
| 505-AD9832BRUZ-ND | AD9832BRUZ |
| AD9835BRUZ-REEL7TR-ND,AD9835BRUZ-REEL7CT-ND,AD9835BRUZ-REEL7DKR-ND | AD9835BRUZ-REEL7 |
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| 505-AD9952YSVZ-ND | AD9952YSVZ |
| AD9954YSVZ-REEL7TR-ND,AD9954YSVZ-REEL7CT-ND,AD9954YSVZ-REEL7DKR-ND | AD9954YSVZ-REEL7 |
| 505-AD9956YCPZ-ND | AD9956YCPZ |
| 505-AD9954YSVZ-ND | AD9954YSVZ |
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| 505-AD9854ASVZ-ND | AD9854ASVZ |
| 505-AD9910BSVZ-REELTR-ND,505-AD9910BSVZ-REELCT-ND,505-AD9910BSVZ-REELDKR-ND | AD9910BSVZ-REEL |
| 505-AD9910BSVZ-ND | AD9910BSVZ |
| AD9959BCPZ-REEL7TR-ND,AD9959BCPZ-REEL7CT-ND,AD9959BCPZ-REEL7DKR-ND | AD9959BCPZ-REEL7 |
| 505-AD9959BCPZ-ND | AD9959BCPZ |
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| 505-AD9912ABCPZ-ND | AD9912ABCPZ |
| 505-AD9858BSVZ-ND | AD9858BSVZ |
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| AD9914BCPZ-ND | AD9914BCPZ |
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| 505-AD5930YRUZ-ND | AD5930YRUZ |
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| 505-AD5934YRSZ-ND | AD5934YRSZ |
| AD9850BRS-ND | AD9850BRS |
| AD5934YRSZ-REEL7TR-ND,AD5934YRSZ-REEL7CT-ND,AD5934YRSZ-REEL7DKR-ND | AD5934YRSZ-REEL7 |
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| 505-AD9830ASTZ-ND | AD9830ASTZ |
| 505-AD9833SRMZ-EP-RL7TR-ND,505-AD9833SRMZ-EP-RL7CT-ND,505-AD9833SRMZ-EP-RL7DKR-ND | AD9833SRMZ-EP-RL7 |
| 505-AD9852ASTZ-ND | AD9852ASTZ |
| AD9859YSVZ-REEL7TR-ND,AD9859YSVZ-REEL7CT-ND,AD9859YSVZ-REEL7DKR-ND | AD9859YSVZ-REEL7 |
| AD9915BCPZ-REEL7TR-ND,AD9915BCPZ-REEL7CT-ND,AD9915BCPZ-REEL7DKR-ND | AD9915BCPZ-REEL7 |
| AD5930YRUZ-REEL7TR-ND,2156-AD5930YRUZ-REEL7-ND | AD5930YRUZ-REEL7 |
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| AD9830ASTZ-REELTR-ND,2156-AD9830ASTZ-REEL-ND | AD9830ASTZ-REEL |
| 2156-AD9954YSV-REEL7-ND | AD9954YSV-REEL7 |
| 505-AD9956YCPZ-REEL7TR-ND,505-AD9956YCPZ-REEL7CT-ND | AD9956YCPZ-REEL7 |
| 505-AD9914BCPZ-CSL-ND | AD9914BCPZ-CSL |
| AD9831ASTZ-REELTR-ND,2156-AD9831ASTZ-REEL-ND | AD9831ASTZ-REEL |
| 2156-TMC2340AH5C-ND | TMC2340AH5C |
| 2156-TMC2340AH5C1-ND | TMC2340AH5C1 |
| AD9837BCPZ-RL-ND | AD9837BCPZ-RL |
| AD9838ACPZ-RL-ND | AD9838ACPZ-RL |
| AD9838BCPZ-RL-ND | AD9838BCPZ-RL |
| AD9835BRUZ-REELTR-ND | AD9835BRUZ-REEL |
| AD9911BCPZ-REEL7TR-ND | AD9911BCPZ-REEL7 |
| AD9953YSVZ-REEL7TR-ND | AD9953YSVZ-REEL7 |
| 505-AD9914BCPZ-RL7-CSLTR-ND | AD9914BCPZ-RL7-CSL |
| AD9957/PCBZ-ND | AD9957/PCBZ |
| AD9959/PCBZ-ND | AD9959/PCBZ |
| AD9910/PCBZ-ND | AD9910/PCBZ |
| 505-AD9912A/PCBZ-ND | AD9912A/PCBZ |
| 505-AD9914/PCBZ-ND | AD9914/PCBZ |
| AD9915/PCBZ-ND | AD9915/PCBZ |
| 505-EVAL-AD9833SDZ-ND | EVAL-AD9833SDZ |
| 505-EVAL-CN0304-SDZ-ND | EVAL-CN0304-SDZ |
| 296-DRV8461EVM-ND | DRV8461EVM |
| AD9913/PCBZ-ND | AD9913/PCBZ |
| 505-AD9958/PCBZ-ND | AD9958/PCBZ |
| EVAL-AD9838SDZ-ND | EVAL-AD9838SDZ |
| 505-EVAL-AD9837SDZ-ND | EVAL-AD9837SDZ |
| EVAL-AD9832SDZ-ND | EVAL-AD9832SDZ |
| AD9911/PCBZ-ND | AD9911/PCBZ |
| AD9956/PCBZ-ND | AD9956/PCBZ |
| AD9956-VCO/PCBZ-ND | AD9956-VCO/PCBZ |
| AD9954/PCBZ-ND | AD9954/PCBZ |
| EVAL-AD5934EBZ-ND | EVAL-AD5934EBZ |
| EVAL-AD9835SDZ-ND | EVAL-AD9835SDZ |
| EVAL-AD9831EBZ-ND | EVAL-AD9831EBZ |
| EVAL-AD9834SDZ-ND | EVAL-AD9834SDZ |
| EVAL-AD9830EBZ-ND | EVAL-AD9830EBZ |
| EVAL-AD9835EBZ-ND | EVAL-AD9835EBZ |
| AD9859/PCBZ-ND | AD9859/PCBZ |
| ADZS-2189M-EZLITE-ND | ADZS-2189M-EZLITE |
| ISL5314EVAL2-ND | ISL5314EVAL2 |
| 1597-1158-ND | 109990080 |
영문 원본: Direct Digital Synthesis (DDS): Applications and Performance Insights