Генератор гармонійного сигналу зі стабільністю кварцового генератора
У цій статті розповідається, як отримати високоточний синусоїдальний сигнал з малим дрейфом частоти шляхом синтезу синусоїди із цифрового джерела сигналу. Цей стабільний високоточний синусоїдальний сигнал ідеально підходить для сервоприводів, вимірювального обладнання та телекомунікаційних систем.
Сервоприводи, вимірювальне обладнання та телекомунікаційні системи для своєї роботи потребують стабільного, високоточного джерела синусоїдального сигналу. Існує багато різних схем генераторів гармонійного сигналу, але знайти схему із задовільною якістю сигналу та високою стабільністю частоти є проблемою.
Але якщо синтезувати синусоїдальний сигнал із цифрового, то можна отримати синусоїду з низьким дрейфом та якісним сигналом. Так як прямокутний сигнал включає основну частоту плюс нескінченне число непарних гармонік, можна отримати синусоїду з частотою основного сигналу шляхом видалення гармонік за допомогою фільтра нижніх частот. Для цього підходить фільтр на конденсаторах, що перемикаються (Малюнок 1). Мікросхема IC3 є ФНЧ Баттерворт 8-го порядку.
Мал. 1. Фільтрування гармонік прямокутного сигналу дозволяє отримати на виході синусоїду зі стабільністю частоти як кварцового генератора.
Сигнал з кварцового генератора частотою 8 мГц подається на дільник на 8 і отримана в результаті поділу частота 1 мГц далі подається на конденсатор C1. (Сигнали частотою 2 мГц та 500 кГц з виходу IC1 можуть бути використані для генерації синусоїди з іншими частотами). Транзистор Q1 перетворює рівень сигналу частотою 1 мГц рівня, який буде необхідний роботи лічильника IC2A. (Для отримання вихідного сигналу однієї полярності можна застосувати однополярне джерело напруги шляхом подачі назагальний висновок IC3 половини напруги живлення і додати розділяючий конденсатор). Синхронний лічильник IC2 ділить частоту 1 мГц на 256, що дає частоту на виході 3906 Гц і мікросхема IC3 фільтрує гармоніки.
Тактова частота фільтра береться з першого дільника на два мікросхеми IC2, щоб вийшов сигнал з 50% шпаруватістю. IC2 ділить цей сигнал далі на 128, щоб сигнал на вході фільтра 1мГц/256 потрапив на плоску частину його частотної характеристики. 50% шпаруватість на виході лічильника IC2 забезпечує симетричний синусоїдальний сигнал на виході фільтра. Основний полюс фільтра, або кутова частота, є постійною щодо тактової частоти і знаходиться до неї щодо 100:1. Фільтр знижує амплітуду нижчих гармонік рівня -80 Дб.
Так як частота на вході фільтра і тактова частота знаходяться у відношенні 1:128, зміна частоти, що подається на конденсатор C1 буде пропорційно змінювати частоту гармонійного сигналу на виході. Зміна цієї частоти, наприклад, в діапазоні від 2 до 500 кГц, приведе до зміни частоти на вході в діапазоні від 7812 Гц до 1953 Гц. При цьому амплітуда вихідного сигналу не змінюється, тому що робочий діапазон лежить набагато нижче за кутову частоту 25 кГц. Ефект накладання теж не проблема, тому що ті частоти, які представляють потенційну причину аліасингу в цій схемі, є непарними гармоніками, з частотами, вищими від половинної частоти дискретизації, мають зневажливо малі амплітуди.
Схожа ідея викладена у журналі "Electronic Design", 1994, Липень 25.