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一種數(shù)模結(jié)合三相正弦波發(fā)生器設(shè)計(jì)
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(jì)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(gè)周期內(nèi)，正弦波被分成30個(gè)寬度相等的小矩形波。
本電路設(shè)計(jì)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(shí)，通過數(shù)字譯碼電路輸出開關(guān)控制信號，同時(shí)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(gè)Clk時(shí)鐘周期，所以很方便對三相正弦波進(jìn)行頻率控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻控制。 實(shí)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?yàn)椋篒0、I1、I2、…、I27、I28、I29。SinB應(yīng)該滯后SinA相位120°，所以對應(yīng)第一個(gè)開關(guān)信號K0的電流源是I10。同樣，SinC第一個(gè)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(gè)開關(guān)控制單個(gè)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(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)精確相位差的三相正弦階梯波。在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，同一個(gè)電流源在該時(shí)刻的時(shí)鐘信號時(shí)間內(nèi)有且僅有一組開關(guān)。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是，僅僅多用2組開關(guān)就能實(shí)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(shí)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(shí)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(jì)
高精度鏡像電流源設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)要求鏡像電流源對輸出電壓具有較好的抗干擾能力，同時(shí)盡量減少和抑制電流鏡像時(shí)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?？紤]到實(shí)際工作條件，在滿足設(shè)計(jì)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(jì)使用該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生30個(gè)正弦鏡像電流鏡系列。
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