一种正交正弦信号产生电路
阅读：125发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种正交正弦信号产生电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种 正交 正弦 信号 产生 电路 ，包括依次相连的分频电路、电平移动电路、滤波电路和移相电路，分频电路还与滤波电路相连；滤波电路包括第三芯片和第四芯片，第三芯片为 开关 电容 滤波器 芯片，第四芯片为高 精度 运算 放大器 ；第三芯片接分频电路、电平移动电路和移相电路，第三芯片、第四芯片与电容和 电阻 构成滤波电路；移相电路包括第五芯片和第六芯片，第五芯片为开关电容滤波器芯片，第六芯片为高精度 运算放大器 ；第五芯片接滤波电路、CMOS输入，第五芯片、第六芯片与电容和电阻构成移相电路。该产生电路随输入CMOS 数字信号 的 频率 变化而输出频率变化的正交正弦信号。电路结构简单、精确度高、实时性好、功耗小、成本低、灵活性好。，下面是一种正交正弦信号产生电路专利的具体信息内容。
所述的滤波电路（3）包括第三芯片（U3）和第四芯片（U4），第三芯片（U3）采用开关电容滤波器芯片MAX295，第四芯片（U4）采用高精度运算放大器OP07；第三芯片（U3）的第1脚接分频电路（1），第三芯片（U3）的第8脚接电平移动电路（2）；第三芯片（U3）的第2脚和第二电容（C2）的一端接-5V电源，第二电容（C2）的另一端和第三芯片（U3）的第6脚接地，第三芯片（U3）的第3脚和第4脚相连，第三芯片（U3）的第5脚和第四芯片（U4）的第3脚接移相电路（4），第三芯片（U3）的第7脚和第一电容（C1）的一端接+5V电源，第一电容（C1）的另一端接地；第四芯片（U4）的第2脚和第6脚接第七电阻（R7）的一端，第四芯片（U4）的第4脚接电源VEE，第四芯片（U4）的第7脚接电源VDD，第七电阻（R7）的另一端和第八电阻（R8）的一端接第一输出端，第八电阻（R8）为滑动变阻器，第八电阻（R8）的另一端接地。
2.如权利要求1所述的正交正弦信号产生电路，其特征在于，所述的电平移动电路（2）包括第二芯片（U2），第二芯片（U2）采用运算放大器AD843；第二芯片（U2）的第2脚接第三电阻（R3）的一端和第六电阻（R6）的一端，第六电阻（R6）的另一端和第二芯片（U2）的第6脚接第三芯片（U3）的第8脚；第三电阻（R3）的另一端接第一电阻（R1）一端和第二电阻（R2）的一端，第一电阻（R1）的另一端接地，第一电阻（R1）为滑动变阻器，第二电阻（R2）的另一端和第二芯片（U2）的第7脚接电源VDD，第二芯片（U2）的第4脚接电源VEE；第二芯片（U2）的第3脚接第四电阻（R4）的一端和第五电阻（R5）的一端，第四电阻（R4）的另一端接分频电路（1），第五电阻（R5）的另一端接地。
3.如权利要求2所述的正交正弦信号产生电路，其特征在于，所述的分频电路（1）包括第一芯片（U1），第一芯片（U1）采用双十进制计数器74HCT390；第一芯片（U1）的第3脚和第4脚均接第三芯片（U3）的第1脚，第一芯片（U1）的第7脚和第12脚相连，第一芯片（U1）的第9脚和第15脚相连，第一芯片（U1）的第13脚接第四电阻（R4）的另一端，第一芯片（U1）的第8脚、第14脚和第2脚均接地，第一芯片（U1）的第16脚接+5V电源。
4.如权利要求1所述的正交正弦信号产生电路，其特征在于，所述的移相电路（4）包括第五芯片（U5）和第六芯片（U6），第五芯片（U5）采用开关电容滤波器芯片MAX296，第六芯片（U6）采用高精度运算放大器OP07；第五芯片（U5）的第8脚接第三芯片（U3）的第5脚和第四芯片（U4）的第3脚，第五芯片（U5）的第2脚和第三电容（C3）的一端接-5V电源，第三电容（C3）的另一端和第五芯片（U5）的第6脚接地，第五芯片（U5）的第3脚和第4脚相连，第五芯片（U5）的第7脚和第四电容（C4）的一端接+5V电源，第四电容（C4）的另一端接地；第五芯片（U5）的第5脚接第九电阻（R9）的一端，第九电阻（R9）的另一端接第十电阻（R10）的一端和第六芯片（U6）的第3脚，第十电阻（R10）为滑动变阻器，第十电阻（R10）的另一端接地，第六芯片（U6）的第7脚接电源VDD，第六芯片（U6）的第4脚接电源VEE，第六芯片（U6）的第2脚接第十一电阻（R11）的一端和第十二电阻（R12）的一端，第十一电阻（R11）的另一端接地，第十二电阻（R12）的另一端和第六芯片（U6）的第6脚接第二输出端。
技术领域
背景技术
用DDS、FPGA等可以产生频率可变正交正弦信号，但是电路复杂、功耗大、成本高。本实用新型提供一种正交正弦信号产生电路，输入信号为CMOS电平的数字信号，通过频率控制，滤波和移相电路，它可以产生相位差为90°的正弦信号，克服了传统实现方法电路复杂、使用不灵活、功耗大、成本高等缺点。
本实用新型的目的是提供一种结构简单、功耗小、成本低的正交正弦信号产生电路。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种正交正弦信号产生电路，包括依次相连的分频电路、电平移动电路、滤波电路和移相电路，分频电路还与滤波电路相连；
所述的滤波电路包括第三芯片和第四芯片，第三芯片采用开关电容滤波器芯片MAX295，第四芯片采用高精度运算放大器OP07；第三芯片的第1脚接分频电路，第三芯片的第8脚接电平移动电路；第三芯片的第2脚和第二电容的一端接-5V电源，第二电容的另一端和第三芯片的第6脚接地，第三芯片的第3脚和第4脚相连，第三芯片的第5脚和第四芯片的第3脚接移相电路，第三芯片的第7脚和第一电容的一端接+5V电源，第一电容的另一端接地；第四芯片的第2脚和第6脚接第七电阻的一端，第四芯片的第4脚接-5V电源VEE，第四芯片的第7脚接+5V电源VDD，第七电阻的另一端和第八电阻的一端接第一输出端，第八电阻为滑动变阻器，第八电阻的另一端接地。
本实用新型产生电路根据
f=
f
1/100的关系，随输入CMOS数字信号的频率
f
1（1kHz～200kHz）的变化而输出频率
f在10Hz～2kHz之间变化的正交正弦信号。电路结构简单、精确度高、实时性好、功耗小、成本低、灵活性好等特点。由于输入信号的产生方法很多，例如可以用7555定时器电路产生，也可以通过有源晶振产生，还可以由单片机或FPGA产生，所以该产生电路的灵活性和可扩展性优良。
图2是本实用新型产生电路中分频电路的示意图。
图3是本实用新型产生电路中电平移动电路的示意图。
图4是本实用新型产生电路中滤波电路的示意图。
图5是本实用新型产生电路中移相电路的示意图。
图1中：1.分频电路，2.电平移动电路，3.滤波电路，4.移相电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型正交正弦信号产生电路，包括依次相连的分频电路1、电平移动电路2、滤波电路3和移相电路4，分频电路1还与滤波电路3相连。
如图2所示，本实用新型正交正弦信号产生电路中的分频电路1，包括第一芯片U1，第一芯片U1采用双十进制计数器74HCT390；第一芯片U1的第1脚接输入信号，第一芯片U1的第3脚和第4脚均接滤波电路3，第一芯片U1的第7脚和第12脚相连，第一芯片U1的第9脚和第15脚相连，第一芯片U1的第13脚接电平移动电路2，第一芯片U1的第8脚、第14脚和第2脚均接地，第一芯片U1的第16脚接+5V电源。
如图3所示，本实用新型正交正弦信号产生电路中的电平移动电路2，包括第二芯片U2，第二芯片U2采用运算放大器AD843；第二芯片U2的第2脚（反相输入端）接第三电阻R3的一端和第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端和第二芯片U2的第6脚（输出端）接滤波电路3；第三电阻R3的另一端接第一电阻R1一端和第二电阻R2的一端，第一电阻R1的另一端接地，第一电阻R1为滑动变阻器，第二电阻R2的另一端和第二芯片U2的第7脚接电源VDD，第二芯片U2的第4脚接电源VEE；第二芯片U2的第3脚（同相输入端）接第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端接分频电路1，即第四电阻R4的另一端接第一芯片U1的第13脚，第五电阻R5的另一端接地。
如图4，本实用新型正交正弦波产生电路中的滤波电路3，包括第三芯片U3和第四芯片U4，第三芯片U3采用开关电容滤波器芯片MAX295，第四芯片U4采用高精度运算放大器OP07；第三芯片U3的第1脚接第一芯片U1的第3脚和第4脚，第三芯片U3的第8脚接第二芯片U2的第6脚和第六电阻R6的另一端；第三芯片U3的第2脚和第二电容C2的一端接-5V电源，第二电容C2的另一端和第三芯片U3的第6脚接地，第三芯片U3的第3脚和第4脚相连，第三芯片U3的第5脚和第四芯片U4的第3脚（同相输入端）接移相电路4，第三芯片U3的第7脚和第一电容C1的一端接+5V电源，第一电容C1的另一端接地；第四芯片U4的第2脚（反相输入端）和第6脚接第七电阻R7的一端，第四芯片U4的第4脚接电源VEE，第四芯片U4的第7脚接电源VDD，第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的一端接第一输出端，输出信号
V
out1，第八电阻R8为滑动变阻器，第八电阻R8的另一端接地。
如图5，本实用新型正交正弦波产生电路中的移相电路4，包括第五芯片U5和第六芯片U6，第五芯片U5采用开关电容滤波器芯片MAX296，第六芯片U6采用高精度运算放大器OP07；第五芯片U5的第8脚接第三芯片U3的第5脚和第四芯片U4的第3脚，第五芯片U5的第1脚接频率为
f
clk2的时钟信号，第五芯片U5的第2脚和第三电容C3的一端接-5V电源，第三电容C3的另一端和第五芯片U5的第6脚接地，第五芯片U5的第3脚和第4脚相连，第五芯片U5的第7脚和第四电容C4的一端接+5V电源，第四电容C4的另一端接地；第五芯片U5的第5脚接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端接第十电阻R10的一端和第六芯片U6的第3脚（同相输入端），第十电阻R10为滑动变阻器，第十电阻R10的另一端接地，第六芯片U6的第7脚接电源VDD，第六芯片U6的第4脚接电源VEE，第六芯片U6的第2脚（反相输入端）接第十一电阻R11的一端和第十二电阻R12的一端，第十一电阻R11的另一端接地，第十二电阻R12的另一端和第六芯片U6的第6脚（输出端）接第二输出端，输出信号
V
out2。
频率为
f
1的矩形波从第一芯片U1的第1引脚输入分频电路1，作为时钟信号1CP0，1CP0 经过2分频后的信号从第一芯片U1的第3引脚1Q0输出，其占空比为50%，一路连接到第三芯片U3，作为滤波电路3的时钟
f
clk1，另一路和第一芯片U1的1CP1连接。第一芯片U1的第7引脚1Q3与第12引脚时钟2CP1连接；第一芯片U1的第9引脚2Q3与第15引脚时钟2CP0连接，第一芯片U1的第13引脚2Q0输出占空比为50%的矩形波，第一芯片U1的第13引脚输出的矩形波通过第四电阻输入第二芯片U2，该矩形波的频率为
f，且满足
f=
f
1/100。
为了减小滤波电路3输出的正弦波谐波的分量，滤波电路3输入的是方波信号。第二芯片U2与第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6组成一个减法器。第二电阻R2与第一电阻R1对+5V电源VDD分压，第一电阻R1两端的电压为
V
BD，第二芯片U2的输出
V
in1=
V
B－
V
BD，所以调节第一电阻R1的阻值，就可以改变
V
BD的大小，使得输出信号
V
in1为方波。
由于方波信号通过滤波器可以产生相位移为0°的正弦信号，改变时钟频率即可改变滤波器的截止频率；第三芯片U3的第1引脚接时钟输入，第三芯片U3的第8引脚接收第二芯片U2输出的方波信号
V
in1，由于MAX295是8阶的低通滤波器，所以第三芯片U3能够抑制谐波，输出正弦波信号
V
out01。第四芯片U4与第八电阻R8和第七电阻R7实现输出信号幅值的调节。只要调节第八电阻R8就可改变输出信号
V
out1的幅值。
由于正弦信号通过移相器可以产生相位移为90°的正弦波，不管输入信号的频率
f
1如何变化，只要保持移相电路4的输出信号频率
f=
f
clk2/100（式中
f
clk2为输入的时钟信号频率），就能保证正弦信号的相位移90°。第五芯片U5的第1引脚接频率为
f
clk2的时钟信号，该时钟信号与频率为
f
1的输入信号相连；第五芯片U5的第8引脚输入正弦信号
V
in2，第五芯片U5的第5引脚输出正弦信号
V
out02。由于MAX296是8阶的贝塞尔型的低通滤波器，所以它能够抑制谐波，并可移相输出正弦波，只要调节第十电阻R10的阻值，就可改变输出信号
V
out2的幅值。
本实用新型正交正弦信号产生电路的原理是：输入的CMOS数字信号的频率为
f
1，占空比为50%，其频率
f
1=100
f （1）
f是本实用新型产生电路产生的正交正弦信号
V
out1和
V
out2的频率。
f
1通过74HCT390的2分频电路产生信号
f
clk1，作为滤波电路MAX295的时钟；由于
f
1经过74HCT390的100分频得到
V
B，
V
B经过电平移动变为方波信号
V
in1，方波信号
V
in1频率也为
f（
V
out1的频率、
V
out2的频率和
V
in1的频率均为
f），方波信号
V
in1作为滤波电路的信号输入。滤波电路MAX295的截止频率
f
o1由时钟控制，
f
o1=
f
clk1/50。由于
f
1=2
f
clk1，从（1）式可得：
f =
f
clk1/50 （2）
由于滤波器的截止频率
f
o1与输入信号频率
f相同，MAX295是8阶的巴特沃兹型的低通滤波器，它可以滤除方波信号中的谐波，产生了频率为
f的正弦信号
V
out01，
V
out01作为移相电路MAX296的输入
V
in2，MAX296是贝塞尔型的8阶低通滤波器，它的截止频率
f
o2由时钟控制，即
f
o2=
f
clk2/50。MAX296低通滤波器不但有滤波效果，还有线性移相功能。
V
in2的频率为
f，MAX296输出为
V
out02，它的移相由时钟控制，根据时钟和信号的移相关系，当
f=
f
clk2/50，即
f =
f
o2，MAX296移相为180°；当
f=
f
clk2/100, 即
f =
f
o2/2，移相为90°。由（1）式得：
f=
f
1/100，因为本实用新型的连接使得
f
clk2=
f
1，所以满足
f=
f
clk2/100，
f=
f
o2/2关系，即
V
out02相对于
V
out01的相位移是90°；滤波电路3中第三芯片U3输出
V
out01和移相电路4中第五芯片U5输出的
V
out02是一组频率为
f的正交正弦信号。
V
out01和
V
out02经过幅度调节作为正交正弦信号
V
out1和
V
out2输出。
频率为
f
1的输入信号分别输入分频电路1和移相电路4，分频电路1的输出信号
f
clk1和
V
B分别输入滤波电路3和电平移动电路2；电平移动电路2的输出信号
V
in1输入滤波电路3；滤波电路3中的第三芯片U3输出信号
V
out01与移相电路4的输入信号
V
in2连接。滤波电路3中的第三芯片U3输出的信号
V
out01和移相电路4中的第五芯片U5输出的信号
V
out02分别经过各自的幅度调节环节，产生输出正交正弦信号
V
out1和
V
out2，所以，通过改变输入本实用新型产生电路的信号频率
f
1，就可输出频率为
f的正交正弦信号。
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