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一種數(shù)模結(jié)合三相正弦波發(fā)生器設(shè)計
2013-08-12
三相正弦波發(fā)生器是應(yīng)用非常廣泛的信號源之一，通常可以由模擬以及數(shù)字模擬兩者相結(jié)合的方法產(chǎn)生。
本文設(shè)計的三相30階梯正弦波信號發(fā)生器采用數(shù)模結(jié)合的方法，彌補(bǔ)了純模擬方法在相位差精度、調(diào)頻方面的缺點(diǎn)，便于單片集成。
電路結(jié)構(gòu)和工作原理
要保證三相相位差恒為120°，對N有兩點(diǎn)約束。一為對稱性約束，N為偶數(shù)；二為恒定相位差120°約束，即N／3為整數(shù)，這里N=6×5=30，即可得到的階梯正弦波階數(shù)為30。用1／30的周期為步長對正弦波進(jìn)行量化，各采集點(diǎn)的數(shù)值等于該點(diǎn)的正弦函數(shù)值。在一個周期內(nèi)，正弦波被分成30個寬度相等的小矩形波。
本電路設(shè)計使用如圖1中虛線框內(nèi)的電流源序列I0～I(xiàn)29。電路工作時，通過數(shù)字譯碼電路輸出開關(guān)控制信號，同時開啟三相對應(yīng)的電流源，并各自經(jīng)過電壓／電流轉(zhuǎn)換得到OutA、OutB、OutC相位差恒為120°的零直流電平30階梯正弦波，階梯正弦波通過低通濾波即可得到三相正弦波SinA、SinB、SinC，其三相正弦波周期與階梯波周期完全相等，且周期T等于30個Clk時鐘周期，所以很方便對三相正弦波進(jìn)行頻率控制，實現(xiàn)調(diào)頻控制。 實際工作中，根據(jù)開關(guān)信號K0、K1、K2、…K27、K28、K29得到SinA鏡像電流的開啟順序為：I0、I1、I2、…、I27、I28、I29。SinB應(yīng)該滯后SinA相位120°，所以對應(yīng)第一個開關(guān)信號K0的電流源是I10。同樣，SinC第一個開啟電流源為I20，依此類推。
該結(jié)構(gòu)的新穎之處是通過三個開關(guān)控制單個電流源切換電流，分別流向三相正弦的I-V運(yùn)算放大器，實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)精確相位差的三相正弦階梯波。在一個循環(huán)周期內(nèi)，同一個電流源在該時刻的時鐘信號時間內(nèi)有且僅有一組開關(guān)。另一個顯著特點(diǎn)是，僅僅多用2組開關(guān)就能實現(xiàn)三相正弦的轉(zhuǎn)換，使原本需要三組同樣的正弦鏡像電流序列，這里只需要一組就可以實現(xiàn)，不但節(jié)省了約2／3集成三組同樣電流源所需面積，更重要的是保證了三相正弦階梯波信號精確的相位差，各相正弦階梯波對應(yīng)的信號完全相同，另外也避免了對每一組正弦鏡像電流序列加工時因工藝誤差而引入的額外失真，這樣就很大限度地確保了低失真的三相階梯正弦波產(chǎn)生。
高精度鏡像電流源和高增益運(yùn)算放大器單元電路的設(shè)計
高精度鏡像電流源設(shè)計
本設(shè)計要求鏡像電流源對輸出電壓具有較好的抗干擾能力，同時盡量減少和抑制電流鏡像時存在的溝道調(diào)制效應(yīng)以及襯偏效應(yīng)對鏡像電流源精度的影響，從而提供按正弦規(guī)律變化的較高精度電流源序列。考慮到實際工作條件，在滿足設(shè)計輸出擺幅和電壓裕度的基礎(chǔ)上，可以利用高輸出阻抗、標(biāo)準(zhǔn)共源共柵結(jié)構(gòu)鏡像電流源。該結(jié)構(gòu)可以有效地抑制溝道調(diào)制效應(yīng)，減小襯偏效應(yīng)對鏡像電流的精度影響。本設(shè)計使用該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生30個正弦鏡像電流鏡系列。
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