Перестраиваемый генератор гармонических сигналов с низкими искажениями и внешней синхронизацией

NXP 74HC4046 74HC4060 MAX297

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.

Перестраиваемый генератор гармонических сигналов с низкими искажениями и внешней синхронизацией
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
Частота
(Гц)
Амплитуда
(В с.к.з.)
20
1.470
50
1.472
100
1.472
200
1.473
500
1.473
1000
1.473
2000
1.472
5000
1.473
10,000
1.473
20,000
1.472

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.

Материалы по теме

  1. Datasheet NXP 74HC4046
  2. Datasheet NXP 74HC4060
  3. Datasheet Maxim MAX297

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Locked-sync sine generator covers three decades with low distortion

74HC4046 Купить ЦенаКупить 74HC4046 на РадиоЛоцман.Цены — от 12,75 до 2 510
32 предложений от 18 поставщиков
Исполнение: SO16-150. Логика стандартная: Тип корпуса : SO16-150 Логическая ИС CD74HC4046AM96. Описание в формате PDF
Стандарт СИЗ
Россия
74HC4046AD,652
NXP
13 ₽
ЭИК
Россия
74HC4046AD,653
NXP
от 15 ₽
Интерия
Россия и страны СНГ
74HC4046AD,652
NXP
по запросу
ДКО Электронщик
Россия
74HC4046AD.652
Nexperia
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Интересная статья. В плане ознакомления с современной элементной базой. Особенно ФНЧ MAX297 - класс! Раньше использовали генератор треугольного напряжения, диодную аппроксимацию и т.п. Генератор с ФАПЧ 74HC4046 используется как умножитель тактового сигнала на 64.