设计一个低成本的低失真受控振荡器电路

函数发生器经常在设计、测试以及使用编码器、调制器、解调器和测量仪器的过程中起到至关重要的作用。本文介绍如何用一种低成本的方法，来构造一个失真很少、由总线控制的正弦波振荡器。 该电路产生一个正弦输出，其典型的二次和三次谐波在10Hz到10kHz的全输出范围内，分别比基频信号低-76.1dB和-74.2 dB。这个正弦波振荡器的性能比利用二极管整形技术将方波转换为正弦波的普通二极管整形正弦发生器的性能高40dB。通常情况下，二极管整形正弦发生器的二次或三次谐波分别比基频低-35dB和-25.5dB。 这个电路由四部分组成(如图所示)。设计的核心，也即第一部分是振荡器，包括双重滤波构建块IC(U1)、二阶时钟滤波器(其带通滤波器部分设置振荡器的频率)以及比较器(U2A)。带通滤波器通过仅允许振荡器中心频率附近的信号通过，来决定振荡器的频率。式1给出了振荡器的频率，式2表示滤波器的Q值。 第二个电路部分是跟踪陷波滤波器(tracking notch filter)，其被设置并跟踪振荡器的三次谐波，该谐波是较高幅度的谐波。该跟踪滤波器与振荡器的频率设置滤波器同步时钟，从而提供锁步振荡器跟踪，滤波器响应特性。 公式3给出了跟踪滤波器-3dB截止点，并且公式4表示陷波滤波器频率。 第三部分具有一个-1增益的缓冲放大器(U3A)。该部分包括一个13.3kHz的低通滤波器，该滤波器用于减少由输出波形中的时钟步长产生的高频成分。 第四部分是一个总线控制时钟发生器，其主要包括一个IC串行端口可编程振荡器(U4)，该振荡器可以是用于串行外设接口(SPI)的LTC6903，也可以是用于内部IC(I2C)接口的LTC6904。一些上拉电阻，去耦电容，以及串联在输出的一个电阻是仅要求的几个外部器件。 此外，该电路能够被很容易的调整来产生一个积分，正弦/余弦波形输出。仅仅增加一个第二输出运算放大器，并且接受它的输入，该输入来自U1(BPB在11脚)的带通输出。