Источник чистого гармонического сигнала на трёх интегральных схемах

ТТЛ счётчик, 8-канальный мультиплексор и фильтр нижних частот четвёртого порядка могут генерировать синусоидальный сигнал с частотой, лежащей в диапазоне 1 кГц..25 кГц с коэффициентом нелинейных искажений лучше чем -80 дБ (рис.1.). Для реализации фильтра НЧ 4-го порядка в схеме использовано каскадное включение двух непрерывных фильтров второго порядка Саллена-Кея, реализованных на микросхеме MAX270 (IC3). Два резистивных делителя напряжения включены между положительным источником питания и землёй, и между отрицательным источником питания и землёй, что обеспечивает набор двухполярных напряжений, подаваемых на входы мультиплексора DG508 (IC2), лежащих в диапазоне +-[0; 0,904; 1,277; 5] вольт.

Рис. 1. Эта схема создаёт чистый синусоидальный сигнал с частотой, равной частоте среза F_c фильтра на IC3 и с нелинейными искажениями не хуже -80 дБ.

Для работы схемы вначале нужно выбрать частоту среза фильтра, F_c, путём подключения выводов микросхемы IC3 D0..D6 к источнику питания 5 вольт или к общему проводу. Частота среза может иметь 128 возможных уровней, находящихся между 1 кГц и 25 кГц в зависимости от уровня напряжений, установленных на входах D0..D6. Так как на рисунке 1 все входы D0..D6 соединены с общим проводом, то частота среза F_c будет равна 1 кГц. Потенциометр номиналом 100 кОм служит для установки уровня выходного сигнала в диапазоне VDD-1.5В и VSS+1.5В.

Тактовая частота, подаваемая на вход счётчика IC1 должна быть в восемь раз выше, чем частота среза F_c. Далее мультиплексор производит сигнал, приближённый по форме к синусоидальному используя восьмикратную передискретизацию лестничной аппроксимацией. Восьмикратная передискретизация значительно упрощает последующую фильтрацию НЧ фильтром, так как первая нужная гармоника получается в 7 раз больше по амплитуде, чем тактовая частота. Все гармоники высшего порядка подавляются фильтром IC3, включающим в себя развязывающий усилитель, с помощью которого устанавливают уровень выходного сигнала.

Рассмотрим работу фильтра с точки зрения частотного анализа. Меньшие по амплитуде гармоники в спектре сигнала на выходе мультиплексора (Рисунок 2), вызванные неточностью делителей напряжения являются значительными по отношению к гармоникам с большой амплитудой, которые возникли в результате лестничной аппроксимации. На рисунке 3 все гармоники находятся ниже уровня шумов анализатора спектра.

Рис. 2. Процесс аппроксимации создаёт большие гармоники в спектре на выходе мультиплексора , которые затем ослабляются фильтром до уровня, лежащего ниже шумов анализатора спектра (Рис. 3.).

Рис. 3.

BACK