¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?

¿Tienes curiosidad por saber qué es un oscilador controlado numéricamente? ¡No busques más! En este artículo te explicaremos de forma sencilla y precisa en qué consiste este dispositivo tan interesante y cómo funciona. Descubre cómo el oscilador controlado numéricamente se ha convertido en una herramienta indispensable en multitud de campos y cómo está revolucionando la forma en que interactuamos con la tecnología.

Si es músico, ingeniero, productor o simplemente un amante de la música, es muy probable que al menos haya escuchado el término “oscilador controlado numéricamente” (NCO) antes. ¿Pero qué es exactamente? ¿Qué hace? ¿En qué se diferencia de otros tipos de osciladores? En esta guía completa, responderemos a todas estas preguntas y más. Entonces, ya sea que esté comenzando en el mundo de la producción de música electrónica o sea un profesional experimentado, ¡siga leyendo para conocer en profundidad a los suboficiales!

¿Qué son los osciladores NCO?

Los osciladores son circuitos electrónicos que generan señales repetitivas. Se pueden utilizar para crear efectos de luz y sonido, así como para controlar la velocidad de los motores.

Los osciladores se componen de unos pocos componentes básicos: un amplificador, un circuito de retroalimentación y un componente que determina la frecuencia.

El amplificador aumenta la señal generada por el oscilador para que pueda escucharse o verse con mayor claridad. El circuito de retroalimentación permite que la señal se repita continuamente con el tiempo sin cambios en la salida. El componente determinante de la frecuencia es lo que establece la frecuencia con la que se produce esta repetición, lo que se conoce como su frecuencia o “tasa”.

¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?

Los osciladores controlados numéricamente (NCO) son tipos especiales de circuitos osciladores que utilizan una señal numérica para controlar su frecuencia de salida. A diferencia de otros tipos de osciladores, los NCO se pueden sintonizar con precisión a cualquier frecuencia deseada. Esto los hace útiles para aplicaciones tales como sistemas de comunicaciones y sistemas de radar donde se requiere una sintonización de frecuencia precisa.

El NCO más básico consta de dos componentes: un acumulador y una tabla de búsqueda (LUT). El acumulador almacena el valor de cada ciclo de reloj y la LUT define cuánto debe aumentar o disminuir durante cada ciclo. Además, algunos NCO también incluyen filtros digitales que ayudan a reducir el ruido en la señal de salida.

La señal de entrada utilizada para controlar un NCO puede ser analógica o digital. Cuando se usa una entrada analógica, la señal generalmente se convierte en una palabra digital (número binario) antes de alimentarse al acumulador. Esto facilita el ajuste tanto de la frecuencia como de la fase de la señal de salida sin tener que modificar ningún circuito.

Los NCO son osciladores muy precisos y fiables, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren un ajuste preciso. También pueden aprovechar las modernas capacidades de procesamiento digital, como los DSP (procesadores de señales digitales). Esto permite niveles aún mayores de precisión y flexibilidad al controlar su frecuencia de salida. [1], [2]

Características del oscilador NCO

Ahora que sabe qué es un suboficial, analicemos algunas de sus características. Cada uno hace que un suboficial sea una herramienta valiosa para todo tipo de aplicaciones.

Frecuencia de salida

La característica más importante de un suboficial es su capacidad para producir o modular una salida de frecuencia. La frecuencia de la señal de salida se puede configurar fácilmente mediante una interfaz de control digital, y su valor puede oscilar entre CC (0 Hz) y varios GHz. Al igual que con cualquier oscilador, también hay parámetros adicionales que deben tenerse en cuenta al configurar el NCO, como el ruido de fase, las respuestas espurias, etc.

Salida flexible

Los osciladores NCO producen una amplia gama de señales de salida y pueden ajustarse a la frecuencia, amplitud y forma de onda deseadas. Esto permite a los ingenieros modelar un ciclo de trabajo estable en forma de frecuencia de pulso.

Funciona en suspensión de bajo consumo

Un oscilador NCO puede funcionar en modo de suspensión de baja potencia, donde consume solo una fracción de la potencia necesaria para el funcionamiento normal. Esto los hace ideales para aplicaciones alimentadas por batería, como el monitoreo de aguas profundas u otros sistemas integrados inalámbricos.

Varias fuentes de reloj

El suboficial tiene la capacidad de recibir varias fuentes de reloj. Esto puede ser útil para aplicaciones como la síntesis de frecuencia, donde se necesita un solo reloj de referencia pero se requieren múltiples frecuencias. El NCO puede generar señales de reloj tanto internas como externas, lo que significa que puede usar una fuente externa como un cristal de cuarzo u otro oscilador para proporcionar información de tiempo precisa.

Funcionalidad de temporizador/contador de N bits

Los suboficiales son diseñado para proporcionar una resolución de n bits de un temporizador/contador. Esencialmente, esto significa que la señal de salida se dividirá en una cierta cantidad de bits y cada bit se puede contar usando el contador integrado del NCO. Esto es útil para crear señales de alta precisión con granularidad fina en su forma digital.

¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?

Por ejemplo, si tuviera un NCO de 8 bits, dividiría la señal en 256 estados únicos (2^8 = 256). Con este nivel de granularidad, podrá representar con precisión los cambios de frecuencia y de fase en una señal.

Arquitectura del oscilador NCO

Como acabamos de aprender, un oscilador controlado numéricamente (NCO) es un dispositivo de circuito electrónico que se utiliza para generar una forma de onda repetitiva con una frecuencia específica. El NCO consta de dos componentes principales: PA (acumulador de fase) y PAC (convertidor de fase a amplitud).

Al agregar un valor de control de frecuencia a la salida que mantiene con cada muestra de CLK, un acumulador de fase aumenta la precisión. Para emparejar este resultado, un convertidor de amplitud proporciona amplitudes coincidentes como índices en tablas de búsqueda de señales, lo que garantiza que cada paso del proceso se ejecute sin problemas. La interpolación y la LUT a menudo se combinan para mejorar la precisión de la fase con un ruido de error minimizado. En el software del oscilador de control numérico, se pueden utilizar procedimientos matemáticos de series de potencias para convertir la fase en amplitud.

Una vez activado, el PA o acumulador de fase crea una señal de diente de sierra de módulo 2^N que luego se convierte a través del PAC (convertidor de fase a amplitud) en una sinusoide muestreada. El número de bits transportados dentro del acumulador de fase está representado por ‘N’.

La capacidad de los bits de la portadora, o N, es un factor determinante en la resolución de la frecuencia del oscilador y suele ser mucho mayor que el número de bits utilizados por la tabla de consulta del PAC.

La interpolación depende de la palabra de salida de un acumulador de fase que debe reducirse a M bits si la capacidad de un convertidor de fase a amplitud es 2^M. El proceso de disminución de las palabras de salida no tiene efecto sobre la exactitud de la frecuencia, pero introducirá un error de fase periódica variable que es el responsable final de los productos espurios.

La precisión de la frecuencia relativa a la frecuencia CLK solo está determinada por la precisión de sus cálculos matemáticos. Los osciladores controlados numéricamente son capaces de modificar con precisión su salida, lo que les permite generar una señal modulada en frecuencia o modulada en fase cuando se produce la suma en los nodos adecuados, y también pueden generar salidas en cuadratura en otros casos.

Diferencias entre un VCO y NCO (respuesta detallada)

Cuando se habla de osciladores, es importante comprender las diferencias entre un oscilador controlado por voltaje (VCO) y un oscilador controlado numéricamente (NCO). Los VCO se utilizan para generar formas de onda de sonido u otros patrones. Controlan el tono y la frecuencia de una señal de audio ajustando su nivel de voltaje. Los NCO, por otro lado, se pueden usar en lugar de los VCO para aplicaciones basadas en el tiempo que no requieren modulación de frecuencia. En lugar de estar controlados por niveles de voltaje como los VCO, están controlados por números digitales del 0 al 65535.

¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?

Una diferencia clave entre estos dos tipos de osciladores es que los NCO tienen un control mucho más preciso sobre la frecuencia que los VCO. Esto es porque Los suboficiales utilizan números digitales en lugar de señales analógicas y, por lo tanto, se pueden ajustar con mayor precisión. También son más fáciles de programar, ya que pueden controlarse con un controlador MIDI u otro dispositivo (como una computadora) que envía números digitales en lugar de voltajes. [3]

Ventajas del oscilador NCO

Entonces, ¿cuáles son las ventajas de usar NCO sobre otros tipos de osciladores como los VCO (osciladores controlados por voltaje) y los circuitos LC (inductor-condensador)?

Ofrece más beneficios que otros osciladores

Lo mejor de los suboficiales es que ofrecen más flexibilidad que otros osciladores. Debido a que la frecuencia y la fase de un NCO están controladas por una palabra digital, se puede ajustar fácilmente sin tener que modificar físicamente ningún circuito. Esto los hace ideales para aplicaciones donde se requiere un ajuste preciso.

Los suboficiales también son muy precisos y confiables. Los resultados proporcionados por un NCO permanecerán constantes incluso cuando se sometan a condiciones ambientales extremas, como cambios de temperatura o presión. Por último, algunos NCO también incluyen filtros digitales que ayudan a reducir el ruido en la señal de salida.

Arquitectura flexible

La otra ventaja de los suboficiales es su arquitectura flexible. A diferencia de otros tipos de osciladores, se pueden sintonizar con precisión a cualquier frecuencia deseada. Esto permite una exactitud y precisión mucho mayores al sintonizar la señal de salida. Además, dado que la señal de entrada es digital, se puede modificar fácilmente con modernas capacidades de procesamiento digital, como DSP o FPGA (Field Programmable Gate Arrays).

Consumo de energía reducido

Otra de las principales ventajas de los suboficiales es su bajo consumo de energía. Esto se debe al hecho de que solo requieren una pequeña cantidad de corriente para funcionar, lo que significa que pueden alimentarse con baterías sin tener que preocuparse por agotarlas demasiado rápido.

Además, los NCO también generan menos calor que otros tipos de osciladores, ya que no dependen de amplificadores y transistores que consumen más energía. Esto los hace ideales para aplicaciones en las que el tamaño y el peso son consideraciones clave.

Alta precisión

Otra gran ventaja de usar un suboficial es su nivel de precisión en la sintonización de frecuencia. Como se mencionó anteriormente, un NCO se puede sintonizar con precisión en cualquier frecuencia requerida mediante el uso de palabras digitales. Esto permite una mayor precisión que los VCO y los circuitos LC, que solo se pueden sintonizar en un rango limitado de frecuencias.

Además, los NCO también son más resistentes a factores ambientales como la temperatura y la vibración en comparación con otros osciladores. Esto los hace perfectos para aplicaciones donde se requiere alta estabilidad, como en comunicaciones inalámbricas o exploración espacial. [1], [2]

¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?

Usos para suboficiales

Como puede ver, los NCO ofrecen una gran cantidad de ventajas sobre otros tipos de osciladores. Esto los convierte en una opción ideal para muchas aplicaciones diferentes. Analicemos algunos de los más comunes:

Limpieza de una señal i/p ruidosa de un oscilador

Uno de los usos más comunes de un suboficial es limpiar una señal de entrada ruidosa. En muchos casos, un oscilador puede estar transmitiendo señales que contengan ruido o distorsión no deseados que pueden provocar un rendimiento degradado. Al usar un NCO como parte del procesamiento de señales digitales de un sistema, este ruido se puede eliminar y la señal será mucho más limpia y precisa.

Generación de formas de onda complejas

Otro gran uso para los suboficiales es generar formas de onda complejas. Dado que se pueden sintonizar con precisión, se pueden utilizar para generar cualquier tipo de forma de onda imaginable con componentes de frecuencia variable. Esto los hace perfectos para aplicaciones como la síntesis de audio o los sistemas de comunicaciones donde es necesario generar señales complejas.

Control de iluminación

Los suboficiales se utilizan en control de iluminación debido a su exactitud y precisión superiores en comparación con otros tipos de osciladores. Esto los hace ideales para controlar la intensidad, la frecuencia, el cambio de fase o el ancho de pulso de una matriz de LED. Además, los NCO se pueden programar con una resolución mucho más fina que otros tipos de osciladores.

Comunicaciones inalámbricas

Además de las aplicaciones de iluminación, Los NCO también son una opción popular para las comunicaciones inalámbricas debido a su alto nivel de precisión y estabilidad. Por ejemplo, a menudo se utilizan en transmisores y receptores de radio, ya que proporcionan una señal de referencia precisa que ayuda a garantizar una transmisión clara entre dos dispositivos.

Las redes 3G y 4G también dependen de los NCO para controlar con precisión sus bandas de frecuencia y garantizar conexiones confiables entre dispositivos.

Generación de señales principales en chip

Generación de señal principal en chip es un proceso mediante el cual un circuito integrado (IC) crea una o más de sus principales señales eléctricas requeridas, como alimentación y conexión a tierra, reloj, luz estroboscópica de dirección/datos, reinicio, etc.

Este proceso es posible gracias al uso de circuitos especializados llamados osciladores controlados numéricamente (NCO)

Esto incluye la generación de relojes y señales que se utilizan para controlar el funcionamiento de circuitos digitales como FPGA y ASIC. El ajuste preciso posible con un NCO lo hace perfectamente adecuado para este tipo de aplicación.

Ideal para circuitos digitales normales

Los NCO se utilizan ampliamente en circuitos digitales normales, como receptores de teléfonos móviles y relojes digitales. Al usar un NCO para generar una señal de reloj precisa, es posible garantizar que la temporización de todo el circuito sea precisa y confiable. Esto ha sido esencial para muchos productos electrónicos de consumo, permitiéndoles funcionar correctamente en todo momento.

¿Qué es un oscilador controlado numéricamente?

Utilizado en comunicaciones por radio.

Los NCO también se usan ampliamente en los sistemas de comunicaciones por radio, donde pueden usarse para generar señales de espectro ensanchado o frecuencias sintonizadas. Las señales de salida de estos osciladores deben permanecer estables durante largos períodos de tiempo con alta precisión, lo que hace que los NCO sean ideales para este propósito. [2]

Preguntas más frecuentes

¿Qué son los osciladores?

Los osciladores son componentes electrónicos que generan una forma de onda periódica y repetitiva.

Se pueden utilizar en aplicaciones de audio como altavoces y amplificadores, para crear vibraciones en robótica o instrumentos médicos, o para generar señales con fines de comunicación.

Estas formas de onda se generan usando una variedad de configuraciones de circuitos diferentes, pero todos los osciladores funcionan cambiando el voltaje en un circuito de un extremo a otro una y otra vez. Este proceso se conoce como “oscilación”.

¿Por qué se llama NCO?

Los osciladores controlados numéricamente, o NCO, son circuitos osciladores que utilizan señales digitales para controlar la frecuencia y la fase de una señal analógica. Este tipo de circuito se usa a menudo para aplicaciones de baja potencia, como receptores y transmisores de radio. Un NCO utiliza un microprocesador u otro dispositivo digital para proporcionar un control preciso sobre el tiempo y la frecuencia de la señal de salida. El microprocesador envía datos al NCO, que luego controla la cantidad de tiempo entre cada ciclo de su señal de salida, lo que da como resultado una forma de onda repetitiva con características de frecuencia precisas.

¿Para qué sirve NCO?

NCO, u oscilador controlado numéricamente, es un tipo de oscilador que se utiliza en aplicaciones de procesamiento de señales. Utiliza un código digital externo para controlar la frecuencia de una señal de salida y se puede utilizar para generar formas de onda complejas con una sincronización precisa. El objetivo principal de los NCO es crear señales periódicas estables con valores de frecuencia, amplitud y fase definidos con precisión en una amplia gama de frecuencias. Esto los hace ideales para su uso en mediciones de precisión y sistemas de comunicaciones.

Los NCO también se utilizan con frecuencia en la síntesis de audio, donde proporcionan formas de onda de alta fidelidad para su uso en efectos de sonido e instrumentos musicales. También se pueden usar para generar pulsos precisos para desencadenar eventos como pruebas automatizadas y procesos industriales.

¿Qué es un suboficial en radio?

Un NCO, u oscilador controlado numéricamente, es un tipo de generador de radiofrecuencia (RF). Se utiliza para generar señales de RF en forma de ondas sinusoidales dentro de un rango de frecuencia dado. Un NCO se puede utilizar tanto para conversión ascendente como descendente, así como para aplicaciones de modulación y demodulación.

Los VCO pueden generar diferentes tipos de ondas, como cuadradas, sinusoidales y de diente de sierra, después de cambiarlas con una señal. La frecuencia de salida está directamente relacionada con la magnitud de CC en la entrada. Por otro lado, los NCO son capaces de producir una oscilación discretizada extremadamente consistente incluso desde las entradas más esporádicas.

¿Cuál es la diferencia entre VCO y NCO?

La principal diferencia entre un oscilador controlado por voltaje (VCO) y un oscilador controlado numéricamente (NCO) está en la forma en que se controlan. Un VCO generalmente se controla con un voltaje analógico, mientras que un NCO se controla digitalmente con valores numéricos.

Un VCO tiene varias ventajas sobre un NCO cuando se trata de precisión de oscilación, estabilidad y rango de frecuencia. Por lo tanto, se puede utilizar para aplicaciones más precisas, como modulación de radiofrecuencia, modulación de fase y modulación de ancho de pulso. Por otro lado, un NCO ofrece conveniencia sobre un VCO; dado que sus entradas de control son números digitales almacenados en la memoria o generados por microprocesadores, el personal puede programarlos fácilmente con formas de onda y frecuencias personalizadas.

Video útil: los suboficiales están en todas partes: aquí se explica cómo crear uno usando un FPGA

Conclusión

Los osciladores controlados numéricamente (NCO) son una herramienta importante para crear señales precisas y controladas en aplicaciones de radiofrecuencia. NCOS proporciona una variedad de beneficios sobre las soluciones analógicas, incluida una mejor inmunidad al ruido y una mayor precisión. Al comprender los componentes de un NCO y sus parámetros operativos, los diseñadores pueden hacer un uso eficaz de este tipo de generador de señales para crear soluciones de RF fiables de forma rápida y sencilla.

La flexibilidad de los NCO también les permite ser utilizados en muchos tipos diferentes de arquitecturas de sistemas, desde sistemas digitales básicos hasta nodos de redes inalámbricas más avanzados. Con su rentabilidad y facilidad de uso, los NCO son ideales para cualquier aplicación que requiera un control preciso sobre la generación o transmisión de señales de radiofrecuencia.

En este artículo hemos discutido el concepto de Oscilador Controlado Numéricamente, sus componentes, parámetros y aplicaciones. Esperamos que esta guía haya brindado a los lectores una comprensión profunda de los suboficiales y su versatilidad en las aplicaciones de RF.

En conclusión, los osciladores controlados numéricamente (NCO) son una herramienta poderosa y versátil para aplicaciones de RF. Con su alta precisión, bajo costo y flexibilidad, se han convertido rápidamente en uno de los generadores de señales más populares disponibles. Al comprender los componentes de un NCO y sus parámetros clave, los diseñadores pueden hacer un uso efectivo de este tipo de generador de señales para crear soluciones confiables de manera rápida y sencilla.

¡Gracias por leer! Esperamos que esta guía le haya resultado útil para aprender más sobre qué es un oscilador controlado numéricamente. Si está listo para comenzar a construir sus propias soluciones de RF con NCO, ¡vea nuestra gama de generadores de señales hoy!
Referencias

  1. https://web.eece.maine.edu/~hummels/classes/ece486/docs/NCO_tutorial.pdf
  2. https://www.elprocus.com/oscilador-controlado-numericamente/
  3. https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-vco-vs-nco-which-synthesizer-should-you-use

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