低失真覆蓋三個十倍頻程同步正弦發生器
2020-11-24 電子產品世界
測試、校準、普通系統操作等模擬應用經常需要具有準確振幅和頻率、THD（總諧波失真）很低的正弦波形。一些應用要求此類波形的發生器能用外部時序信號來使輸出準確同步。簡單的正弦波發生器能提供多個性能級別，但保持低THD和恆定振幅是個問題，特別是如果輸出和同步信號必須在擴展的頻率範圍內保持鎖定的話。
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，並保持低THD和恆定振幅（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）。它有三個內部檢相器，但本設計使用的這個檢相器的頻率捕獲範圍等於VCO頻率範圍（最大頻率減去最小頻率）。
電路的通用二進位分頻器74HC4060連接VCO輸出與74HC4046反饋（相位/頻率比較器）輸入，並且分頻比為64。因此當PLL處於鎖定狀態時，74HC4060的Q6輸出產生一個方波，等於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頻率範圍是從20×64至20,000×64，從VCO的輸入電壓範圍的最低級別至最高級別。
開關電容低通濾波器是Maxim公司的MAX297，根據設計，它的截止頻率等於人們對其施加的時鐘頻率的1/50。對於信號輸入，它的方波與它對PLL反饋使用的方波相同，並且它的時鐘輸入連接到VCO輸出。由於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範圍內。輸入諧波不在該帶通範圍內，這是因為對於所有輸入諧波，時鐘頻率與頻率之比均小於50。（對於最低二次諧波，該比率為32。）THD在第32諧波低於0.1%。
濾波器的輸入信號是佔空比為50%的方波，這有助於該應用，這是因為方波僅包含基波的奇次諧波，並且最低頻率諧波是三次諧波，它顯然在濾波器的深度衰減範圍內。
你可以對同步信號做頻率調製，但該任務必然會導致同步跟蹤速度（或最大調製頻率與深度）和鎖頻範圍之間的折中，後者由PLL的低通濾波元件R2、R3、C2設定。調製速度被限制於圖1展示的各個值，這是因為這些值是為擴展鎖頻範圍而優化的。你可以下載更多信息，其中包括MAX297的完整數據表（參考文獻1）。
參考文獻
1. 「MAX293/MAX294/MAX297 8th-Order, Lowpass, Elliptic, 開關電容器 Filters, Revision 2,」 June 2008, Maxim.
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