低失真、覆蓋三個(gè)十倍頻程的鎖定同步正弦波發(fā)生器

測(cè)試、校準(zhǔn)、普通系統(tǒng)操作等模擬應(yīng)用經(jīng)常需要具有準(zhǔn)確振幅和頻率、THD（總諧波失真）很低的正弦波形。一些應(yīng)用要求此類波形的發(fā)生器能用外部時(shí)序信號(hào)來(lái)使輸出準(zhǔn)確同步。簡(jiǎn)單的正弦波發(fā)生器能提供多個(gè)性能級(jí)別，但保持低THD和恒定振幅是個(gè)問(wèn)題，特別是如果輸出和同步信號(hào)必須在擴(kuò)展的頻率范圍內(nèi)保持鎖定的話。

圖1中的電路能通過(guò)三個(gè)十倍頻程（20Hz至20kHz）來(lái)使正弦波輸出同步，并保持低THD和恒定振幅（表1）。同步IC是NXP Semiconductors公司的74HC4046，是一種帶有VCO（壓控振蕩器）和相位/頻率檢測(cè)器的PLL（鎖相環(huán)）。它有三個(gè)內(nèi)部檢相器，但本設(shè)計(jì)使用的這個(gè)檢相器的頻率捕獲范圍等于VCO頻率范圍（最大頻率減去最小頻率）。

電路的通用二進(jìn)制分頻器74HC4060連接VCO輸出與74HC4046反饋（相位/頻率比較器）輸入，并且分頻比為64。因此當(dāng)PLL處于鎖定狀態(tài)時(shí)，74HC4060的Q6輸出產(chǎn)生一個(gè)方波，等于VCO輸出頻率的1/64。74HC4046的中心頻率是由C1和R1元件確定的，它們還確定VCO頻率范圍是從20×64至20,000×64，從VCO的輸入電壓范圍的最低級(jí)別至最高級(jí)別。

開關(guān)電容低通濾波器是Maxim公司的MAX297，根據(jù)設(shè)計(jì)，它的截止頻率等于人們對(duì)其施加的時(shí)鐘頻率的1/50。對(duì)于信號(hào)輸入，它的方波與它對(duì)PLL反饋使用的方波相同，并且它的時(shí)鐘輸入連接到VCO輸出。由于時(shí)鐘輸入與信號(hào)輸入始終具有64的頻率比，因此輸入信號(hào)始終落在濾波器帶通范圍內(nèi)。輸入諧波不在該帶通范圍內(nèi)，這是因?yàn)閷?duì)于所有輸入諧波，時(shí)鐘頻率與頻率之比均小于50。（對(duì)于最低二次諧波，該比率為32。）THD在第32諧波低于0.1%。

濾波器的輸入信號(hào)是占空比為50%的方波，這有助于該應(yīng)用，這是因?yàn)榉讲▋H包含基波的奇次諧波，并且最低頻率諧波是三次諧波，它顯然在濾波器的深度衰減范圍內(nèi)。

你可以對(duì)同步信號(hào)做頻率調(diào)制，但該任務(wù)必然會(huì)導(dǎo)致同步跟蹤速度（或最大調(diào)制頻率與深度）和鎖頻范圍之間的折中，后者由PLL的低通濾波元件R2、R3、C2設(shè)定。調(diào)制速度被限制于圖1展示的各個(gè)值，這是因?yàn)檫@些值是為擴(kuò)展鎖頻范圍而優(yōu)化的。你可以下載更多信息，其中包括MAX297的完整數(shù)據(jù)表（參考文獻(xiàn)1）。