一种数模结合三相正弦波发生器设计

2012-10-29 10:33:47来源: 21ic
引言

三相正弦波发生器是应用非常广泛的信号源之一,通常可以由模拟以及数字模拟两者相结合的方法产生。

本文设计的三相30阶梯正弦波信号发生器采用数模结合的方法,弥补了纯模拟方法在相位差精度、调频方面的缺点,便于单片集成。

电路结构和工作原理

要保证三相相位差恒为120°,对N有两点约束。一为对称性约束,N为偶数;二为恒定相位差120°约束,即N/3为整数,这里N=6×5=30,即可得到的阶梯正弦波阶数为30。用1/30的周期为步长对正弦波进行量化,各采集点的数值等于该点的正弦函数值。在一个周期内,正弦波被分成30个宽度相等的小矩形波。

下面对30阶梯波构成正弦波的波形失真度进行简要分析,对每个小矩形波通过傅立叶展开,频谱中主要含有基波分量、还有二次谐波分量、三次谐波……等。这里不考虑正弦波函数离散化时高精度电流源的误差,则其波形失真度为:

佳工机电网

式中Y0是基波信号,Y1、Y2、Y3、…Yk…为各次谐波有效值。可见,30阶梯正弦波波形失真度小于0.4%。另外,该信号的谐波为高次谐波,可以通过低通滤波进一步减少波形失真度。由此可知,该阶梯止弦信号的谐波分量主要集中在(30-1)f0~(30+1)f0之间,且这些谐波的相对幅值反比于有关谐波的阶数,f0为所希望的输出波形频率。由于数字式阶梯信号的谐波成分是高阶的,可以用简单的低通滤波方法加以滤除,进一步减少失真,该电路的总体结构如图1所示。

佳工机电网

电路采用±5V双电源,输入时钟Clk经过30进制计数器,输出5位二进制数A0~A4,再经30选1译码后产生周期性的控制信号K0~K29,作为控制电流源序列的开关控制信号。

本电路设计使用如图1中虚线框内的电流源序列I0~I29。电路工作时,通过数字译码电路输出开关控制信号,同时开启三相对应的电流源,并各自经过电压/电流转换得到OutA、OutB、OutC相位差恒为120°的零直流电平30阶梯正弦波,阶梯正弦波通过低通滤波即可得到三相正弦波SinA、SinB、SinC,其三相正弦波周期与阶梯波周期完全相等,且周期T等于30个Clk时钟周期,所以很方便对三相正弦波进行频率控制,实现调频控制。 实际工作中,根据开关信号K0、K1、K2、…K27、K28、K29得到SinA镜像电流的开启顺序为:I0、I1、I2、…、I27、I28、I29。SinB应该滞后SinA相位120°,所以对应第一个开关信号K0的电流源是I10。同样,SinC第一个开启电流源为I20,依此类推。
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关键字:数模结合  三相正弦波发生器  尖峰脉冲

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1029/article_6196.html
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