Генератор гармонического сигнала качающейся частоты на двух фильтрах
EDN, 2011, июль 23
Демодуляторы, смесители и другие электронные схемы часто используют синусоидальные и косинусоидальные сигналы с разностью фаз 90°. Обычно для их формирования применяют аналоговые фильтры, создающие заданный фазовый сдвиг. Однако такой подход ограничивает диапазон изменения частоты. Используя схему, изображённую на рисунке 1, можно создать генератор качающейся частоты для получения синусоидального/косинусоидального сигнала с разностью фаз равной 90° и частотами, лежащими в диапазоне 1 Гц..25 кГц.
Рис. 1.
Рис. 2.
Рис. 3.
Селективный низкочастотный полосовой фильтр на переключаемых конденсаторах MSFS5 производства Mixed Signal Integration удаляет гармоники из прямоугольного сигнала, подаваемого его на вход. Тактовая частота фильтра MSFS5 в 100 раз больше частоты входного сигнала прямоугольной формы. Счётчики 74HC390 и 74HC74 делят входную частоту на 25 и на 4 (т.е. в 100 раз). Выходы Q микросхем 74HC74 подключён к двум делителям на 2 счётчиков 74HC390A, с выходов которых снимаются сигналы прямоугольной формы с частотой в 100 раз меньше тактовой частоты фильтров и с разностью фаз равной 90° относительно друг друга. Прямоугольный сигнал с уровнем КМОП нельзя непосредственно подавать на вход фильтра, так как фильтр войдёт в насыщение, поэтому амплитуда входного сигнала ослабляется до нужной величины делителями R1..R4.
На рисунке 2 изображены осциллограммы сигналов на выходе фильтров при рабочей частоте 20 кГц и внешней частоте 2 мГц. Обратите внимание, что разность фаз между синусоидами на рисунке составляет 89,85°. При качании частоты разность фаз изменяется в диапазоне от 89° до 91°. На рисунке 3 изображена фигура Лиссажу при частоте 20 кГц.
Измерения искажений сигнала с использованием анализатора спектра и аудиоанализатора Audio Precision дало уровень нелинейных искажений -49 дБ. Тестирование показало, что в сигнале, создаваемом схемой отсутствуют разрывы при частотной и фазовой модуляции.