低失真、覆蓋三個十倍頻程的鎖定同步正弦波發(fā)生器

測試、校準、普通系統(tǒng)操作等模擬應用經常需要具有準確振幅和頻率、THD（總諧波失真）很低的正弦波形。一些應用要求此類波形的發(fā)生器能用外部時序信號來使輸出準確同步。簡單的正弦波發(fā)生器能提供多個性能級別，但保持低THD和恒定振幅是個問題，特別是如果輸出和同步信號必須在擴展的頻率范圍內保持鎖定的話。

圖1中的電路能通過三個十倍頻程（20Hz至20kHz）來使正弦波輸出同步，并保持低THD和恒定振幅（表1）。同步IC是NXP Semiconductors公司的74HC4046，是一種帶有VCO（壓控振蕩器）和相位/頻率檢測器的PLL（鎖相環(huán)）。它有三個內部檢相器，但本設計使用的這個檢相器的頻率捕獲范圍等于VCO頻率范圍（最大頻率減去最小頻率）。

電路的通用二進制分頻器74HC4060連接VCO輸出與74HC4046反饋（相位/頻率比較器）輸入，并且分頻比為64。因此當PLL處于鎖定狀態(tài)時，74HC4060的Q6輸出產生一個方波，等于VCO輸出頻率的1/64。74HC4046的中心頻率是由C1和R1元件確定的，它們還確定VCO頻率范圍是從20×64至20,000×64，從VCO的輸入電壓范圍的最低級別至最高級別。

開關電容低通濾波器是Maxim公司的MAX297，根據(jù)設計，它的截止頻率等于人們對其施加的時鐘頻率的1/50。對于信號輸入，它的方波與它對PLL反饋使用的方波相同，并且它的時鐘輸入連接到VCO輸出。由于時鐘輸入與信號輸入始終具有64的頻率比，因此輸入信號始終落在濾波器帶通范圍內。輸入諧波不在該帶通范圍內，這是因為對于所有輸入諧波，時鐘頻率與頻率之比均小于50。（對于最低二次諧波，該比率為32。）THD在第32諧波低于0.1%。

濾波器的輸入信號是占空比為50%的方波，這有助于該應用，這是因為方波僅包含基波的奇次諧波，并且最低頻率諧波是三次諧波，它顯然在濾波器的深度衰減范圍內。

你可以對同步信號做頻率調制，但該任務必然會導致同步跟蹤速度（或最大調制頻率與深度）和鎖頻范圍之間的折中，后者由PLL的低通濾波元件R2、R3、C2設定。調制速度被限制于圖1展示的各個值，這是因為這些值是為擴展鎖頻范圍而優(yōu)化的。你可以下載更多信息，其中包括MAX297的完整數(shù)據(jù)表（參考文獻1）。