В этой статье рассказывается, как получить высокоточный синусоидальный сигнал с малым дрейфом частоты путем синтеза синусоиды из цифрового источника сигнала. Этот стабильный высокоточный синусоидальный сигнал идеально подходит для сервоприводов, измерительного оборудования и телекоммуникационных систем.

Сервоприводы, измерительное оборудование и телекоммуникационные системы для своей работы требуют стабильный, высокоточный источник синусоидального сигнала. Существует много различных схем генераторов гармонического сигнала, но найти схему с удовлетворительным качеством сигнала и высокой стабильностью частоты является проблемой.

Но если синтезировать синусоидальный сигнал из цифрового, то можно получить синусоиду с низким дрейфом и качественным сигналом. Так как прямоугольный сигнал включает в себя основную частоту плюс бесконечное число нечетных гармоник, можно получить синусоиду с частотой основного сигнала путем удаления гармоник с помощью фильтра нижних частот. Для этого подходит фильтр на переключаемых конденсаторах (рис. 1). Микросхема IC3 является ФНЧ Баттерворта 8-го порядка.

Рис. 1. Фильтрация гармоник прямоугольного сигнала позволяет получить на выходе синусоиду со стабильностью частоты как у кварцевого генератора

Сигнал с кварцевого генератора частотой 8 мГц подается на делитель на 8, и полученная в результате деления частота 1 мГц далее подается на конденсатор C1. (Сигналы частотой 2 мГц и 500 кГц с выхода IC1 могут быть использованы для генерации синусоиды с другими частотами). Транзистор Q1 преобразовывает уровень сигнала частотой 1 мГц до уровня, необходимого для работы счетчика IC2A. (Для получения выходного сигнала одной полярности можно применить однополярный источник напряжения путем подачи на общий вывод IC3 половины питающего напряжения и добавить разделяющий конденсатор). Синхронный счетчик IC2 делит частоту 1 мГц на 256, что дает частоту на выходе 3906 Гц, и микросхема IC3 фильтрует гармоники.

Тактовая частота фильтра берется с первого делителя на два микросхемы IC2, что бы получился сигнал с 50% скважностью. IC2 делит этот сигнал далее на 128, что бы сигнал на входе фильтра 1мГц/256 попал на плоскую часть его частотной характеристики. 50% скважность на выходе счетчика IC2 обеспечивает симметричный синусоидальный сигнал на выходе фильтра. Основной полюс фильтра, или угловая частота, является постоянной относительно тактовой частоты и находится к ней в отношении 100:1. Фильтр снижает амплитуду низших гармоник до уровня -80 Дб.

Так как частота на входе фильтра и тактовая частота находятся в отношении 1:128, то изменение частоты, подаваемой на конденсатор C1 будет пропорционально изменять частоту гармонического сигнала на выходе. Изменение этой частоты, например в диапазоне от 2 мГц до 500 кГц, приведет к изменению частоты на входе в диапазоне от 7812 Гц до 1953 Гц. При этом амплитуда выходного сигнала не меняется, так как рабочий диапазон лежит гораздо ниже угловой частоты 25 кГц. Эффект наложения тоже не проблема, так как те частоты, которые представляют потенциальную причину алиасинга в этой схеме, являются нечетными гармониками, с частотами, выше половинной частоты дискретизации, имеют пренебрежительно малые амплитуды.