低失真覆蓋三個十倍頻程同步正弦發(fā)生器
測試、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)生器能用外部時序信號來使輸出準(zhǔn)確同步。簡單的正弦波發(fā)生器能提供多個性能級別,但保持低THD和恒定振幅是個問題,特別是如果輸出和同步信號必須在擴(kuò)展的頻率范圍內(nèi)保持鎖定的話。
圖1中的電路能通過三個十倍頻程(20Hz至20kHz)來使正弦波輸出同步,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/頻率檢測器的PLL(鎖相環(huán))。它有三個內(nèi)部檢相器,但本設(shè)計使用的這個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,74HC4060的Q6輸出產(chǎn)生一個方波,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別至最高級別。
開關(guān)電容低通濾波器是Maxim公司的MAX297,根據(jù)設(shè)計,它的截止頻率等于人們對其施加的時鐘頻率的1/50。對于信號輸入,它的方波與它對PLL反饋使用的方波相同,并且它的時鐘輸入連接到VCO輸出。由于時鐘輸入與信號輸入始終具有64的頻率比,因此輸入信號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),這是因為對于所有輸入諧波,時鐘頻率與頻率之比均小于50。(對于最低二次諧波,該比率為32。)THD在第32諧波低于0.1%。
濾波器的輸入信號是占空比為50%的方波,這有助于該應(yīng)用,這是因為方波僅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)。
你可以對同步信號做頻率調(diào)制,但該任務(wù)必然會導(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展示的各個值,這是因為這些值是為擴(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)。
參考文獻(xiàn)
1. “MAX293/MAX294/MAX297 8th-Order, Lowpass, Elliptic, 開關(guān)電容器 Filters, Revision 2,” June 2008, Maxim.
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