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(多图) 单片式振荡器在仪表中的应用

Linear Technology Jim Williams?? 2008年09月23日 ?? 收藏0

  时钟可调、基于滤波器的正弦波发生器

  可使一个封闭在反馈环路中的谐振器产生振荡。图 1 中的正弦波发生器就利用了这一点,从而免除了增设一个振幅控制环路的需要。这种在里根 (Regan) 谐振带通环路的基础上略做修改而成的电路是时钟可调的,并可产生正弦和余弦输出。

Regan 谐振带通环路

图1 Regan 谐振带通环路

  LTC1060 开关电容滤波器被构建为一个 Q = 10 的时钟可调型带通滤波器。O1 把该滤波器的频率设定为 100kHz,从而生成了一个 1kHz 通带。利用正弦输出来进行开关操作的 C1 以再生的形式向滤波器输入提供方波驱动信号。该环路是自保持型的,因而在指示点上产生了连续的正弦波输出。 C1 输出的齐纳桥接箝位作用稳定了施加至滤波器的方波振幅,实现了正弦波输出的稳定。 这种形式的振幅控制去除了 AGC 环路稳定时间以及潜在的不稳定性。可通过改变 O1 的时钟频率来实现带通调谐,而且在调谐期间以及调谐之后不会发生振幅移位。

  图 2 示出了工作波形。对 C1 的箝位输出 (扫迹 A) 做出响应的带通滤波器产生了正弦 (扫迹 C) 和余弦 (扫迹 B) 输出。以滤波器时钟残留为主的失真 (扫迹D)为 2%。

对 C1 的环路强制激励脉冲 (齐纳箝位输出,扫迹 A) 做出响应的带通滤波器产生了正弦 (扫迹 C) 和余弦 (扫迹 B) 输出

  图 2:对 C1 的环路强制激励脉冲 (齐纳箝位输出,扫迹 A) 做出响应的带通滤波器产生了正弦 (扫迹 C) 和余弦 (扫迹 B) 输出。以开关电容滤波器时钟残留为主的失真 (扫迹 D) 为 2%

  时钟可调、基于存储器的正弦波发生器

  该电路通过对一个正弦编码查表存储器进行连续定时来生成一个可变频率正弦波。由一个 DAC 把该存储器的状态转换为模拟输出。这种方法的一个优点是其能够对频率和振幅变更命令做出快速、高保真的响应。

  被设定为由其数字控制输入规定的 3 种输出频率之一的 O1 负责对74HC191 计数器进行定时 (图3)。这些计数器给负载并联了一个专为产生 8 位 (256 种状态) 数字编码正弦波而编程的 2716 EPROM。由 Sean Gold 和 Guy M. Hoover 开发的该程序示于图 4。2716 的并行输出被馈送至一个 DAC,以产生模拟输出。

计数器驱动型正弦编码存储器通过 D/A 转换器产生了 0.75% 的失真正弦波

图 3:计数器驱动型正弦编码存储器通过 D/A 转换器产生了 0.75% 的失真正弦波。受控于数字输入的 LTC1799 振荡器频率设定了输出频率

用于存储器的正弦波生成代码

图 4:用于存储器的正弦波生成代码

  图 5 中的扫迹 A 为正弦波输出,在该场合中被调谐至 60Hz。表现为扫迹B 的失真主要由时钟残留构成,大小约为 0.75%。在图 6 中,数字输入突然把输出频率改为 400Hz,然后迅速地将其恢复至 60Hz。这些频率移位简洁利落,没有外来分量或不利的特性。通过驱动 DAC 的基准输入来完成的振幅移位 (见 LTC1450 数据表)具有相似的良好工作特性。如图 7 所示,扫迹 B 的振幅准确地响应了扫迹 A 的 DAC 基准输入阶跃。如前所述,没有控制环路时间常数有助于实现无劣化的响应。

正弦波输出(扫迹 A)及其失真

图 5:正弦波输出(扫迹 A)及其失真(扫迹 B)。与时钟相关的分量在失真中很明显

快速振荡器频率移位实现了简洁利落的正弦波输出频率变更

图 6:快速振荡器频率移位实现了简洁利落的正弦波输出频率变更

扫迹 B 的正弦波振幅即时且准确地响应了 DAC 基准输入阶跃

图 7:扫迹 B 的正弦波振幅即时且准确地响应了 DAC 基准输入阶跃 (扫迹 A)


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