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方波到正弦波的快速转换

方波到正弦波的快速转换

点击数:7173 次   录入时间:03-04 11:59:53   整理:http://www.55dianzi.com   振荡器-波形-信号电路

  正弦波到方波的转换比较容易,使用任何一种过零比较器都可以实现。但是,把方波转换为同频的正弦波却比较困准。通常的RC滤波一般得不到满意的效果,而采用单片机技术又过于复杂。
  
  好在有各种低通开关电容滤波器芯片可以选择,我们知道:方波用傅立叶分解可以得到正弦基波和各次谐波,如果滤掉各次谐波,得到的就是正弦基波。
  
  一、开关电容滤波器的选择
  
  如上所述,要滤掉谐波应选用低通滤波器.比如选择美信公司的八阶低通开关电容滤波器MAX293。MAX293的主要部分是一个8阶低通开关电容滤波器,还有时钟产生电路和一个独立的运算放大器。这种开关电容滤波器实际上是时钟控制的采样系统。由于使用高采样比技术,其特性可与连续快速滤波器的特性相当,其工作原理如上图所示。
  
  由上图可知,当开关打向左侧l时,电容C1充电,当开关打向右侧2时电容C1放电。如果开关的频率足够高,C1的充放电就可以等效为一个电阻,其阻值为l/fCC1,则上图的开关电容电路就可等效于一阶有源低通滤波器,如下图所示。由下图可知,这实际上是一个积分电路,因此,开关电容滤波器可用于模拟滤波器的相应电路,以实现有源滤波器等的特性。
  
  下图的传递函数为:
  
  H(jω)=j(fc/ω)(C1/C2),
  
  式中ω=2πfo
  
  从上式可见,开关电容滤波器的传递特性取决于比值C1/C2和开关频率fc。

MAX293工作原理

阶有源低通滤波器

  二、MAX293的特点
  
  1.保证小的失真和过滤时钟噪声,采用较高的采样比:
  
  2.仅需一个兼容的时钟信号或者一个确定内时钟频率的外接电容便能工作。
  
  3.提供一个同相输入端接地的独立运算放大器,利用它可以构成时间连续的低通滤波器。
  
  4.双电源或者单电源供电。
  
  MAX293的使用方法十分简便,根据所需要的转折频率fo确定时钟频率fclk,并利用典型工作电路,便可使滤波器正常工作。当需要对fo进行动态调控时,采用外部时钟信号工作方式,时钟频率fclk由下式给出:
  
  fdk=lOOfo    ……①
  
  如果采用内部时钟信号时,则首先利用上式确定振荡频率fose(即fclk),再由fose确定外接的振荡电容,该电容应该采用漏电小非极化的高质量电容。电容的计算如下式:
  
  Cosc=10的5次方/3fosc(kHz)PF  ……②
  
  为了单电源工作.GND端有两只10kΩ电阻对电源分压提供,但这时应注意输入信号应限制在+1V~+4V范围内,这可以通过对输入信号分压解决。

  三、转换实例
  
  方波频率为1kHz,由于方波的傅里叶分解中谐波都是奇次谐波,所以,转折频率fa选为2次谐波即2kHz。根据①式得,fclk=lOOx2=200kHz。内时钟主要是确定l脚电容。因为fosc=fclk=200kHz,由②式得:
  
  Cosc=10的5次方/3x200=167PF,选120PF电容和47PF电容并联,电路如下图所示。

方波到正弦波的快速转换


  
  四、注意事项
  
   1.R3、R4对电源的分压要准确,否则会产生削顶失真,调节R4,使R3、R4的分压相等;
  
  2.R1、R2对信号的分压会影响输出幅度,必要时输出可加放大器。
  




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