Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2015
Alfredo Saab
EDN
При измерениях и калибровке ряда аналоговых приложений, а также в системах общего назначения часто требуются синусоидальные сигналы точной амплитуды и частоты с низким уровнем суммарных нелинейных искажений (THD). В некоторых случаях дополнительно бывает необходимо, чтобы такой генератор мог точно синхронизировать выход с внешним тактовым сигналом. Простые генераторы гармонических колебаний в той или иной степени отвечают некоторым из перечисленных требований, но поддержание низких нелинейных искажений при постоянной амплитуде является серьезной проблемой, особенно, если выходной и синхронизирующий сигналы должны сохранять синхронизм в широком диапазоне частот.
 |
|
| Рисунок 1. | Этот построенный на трех микросхемах генератор перекрывает три декады, обеспечивает низкий уровень искажений и может синхронизироваться внешним сигналом. |
В изображенной на Рисунке 1 схеме выходной синусоидальный сигнал может синхронизироваться извне в диапазоне трех декад от 20 Гц до 20 кГц, сохраняя низкий уровень THD и постоянство амплитуды (Таблица 1). В качестве синхронизирующего устройства используется выпускаемая NXP микросхема 74HC4046, содержащая узел ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты), ГУН (генератор, управляемый напряжением) и фазочастотный детектор. В ней имеются три фазовых детектора, но в этой схеме используется только один детектор с полосой захвата, равной диапазону перестройки ГУН.
| Таблица 1. | Зависимость амплитуды от частоты |
||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||
Микросхема двоичного делителя частоты общего назначения 74HC4060, соединяющая выход ГУН (VCO OUT) с входом обратной связи 74HC4046 (COMP IN), имеет коэффициент деления 64. Когда ФАПЧ находится в режиме слежения, на выходе Q6 микросхемы 74HC4060 генерируются прямоугольные импульсы с частотой, равной 1/64 выходной частоты ГУН. Элементы C1 и R1, задающие центральную частоту 74HC4046, определяют диапазон перестройки ГУН от 20×64 Гц до 20,000×64 Гц при изменении управляющего напряжения ГУН от минимального до максимального значения.
Микросхема MAX297 компании Maxim содержит низкочастотный фильтр на переключаемых конденсаторах, частота среза которого конструктивно заложена равной 1/50 входной тактовой частоты (CLK). На вход IN микросхемы поступает тот же сигнал, что и на вход обратной связи ФАПЧ, а вход тактовой частоты соединен с выходом ГУН. Поскольку соотношение частот синхроимпульсов и входного сигнала всегда равно 64, входной сигнал обязательно попадает в полосу пропускания фильтра. В то же время в эту полосу не попадает ни одна из гармоник входного сигнала, так как отношение частоты синхронизации к частоте любой гармоники меньше 50. (Для низшей, второй гармоники это отношение равно 32). THD, вплоть до 32 гармоники, остается ниже 0.1%.
Тот факт, что входной сигнал фильтра является прямоугольным с коэффициентом заполнения 50%, очень полезен для этого приложения, поскольку в последовательности прямоугольных импульсов содержатся только нечетные гармоники основной частоты, и низшей гармоникой оказывается третья, которая находится глубоко в полосе подавления фильтра.
Если вы захотите модулировать синхросигнал по частоте, имейте в виду, что эта задача повлечет за собой необходимость компромисса между скоростью отслеживания синхронизации (или между максимальной частотой и глубиной модуляции) и полосой захвата системы ФАПЧ, устанавливаемой элементами низкочастотного фильтра R2, R3 и C2. Скорость модуляции ограничена указанными на Рисунке 1 номиналами компонентов, так как они оптимизировались для расширения полосы захвата.
Купить 74HC4046 на РадиоЛоцман.Цены
