信号波形合成电路设计(2稿)

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1、波形合成电路的分析与设计薛莲汪帆郑锦发中南民族大学工商学院电信系，湖北武汉430065薛莲（1981年11月一一）女，汉族，山东淄博，中南民族大学工商学院电信系教师，讲师，工学硕士。摘要：本文根据傅里叶级数展开方法，将各频率正眩波合成为方波。首先，通过方波产生电路、分频电路、滤波电路获取所需频率的正眩波；再通过移相电路、加法电路将正眩波合成为方波。与其他方式（如DDS）相比，此种方法具有成本低廉、可靠性高等特点。关键词：波形合成器；正弦波；滤波；移相1波形合成系统概述本设计是为了模拟信号合成的过程。对于一个方波信号，由傅里叶级数展开可知，它可以分解为无限多个特定幅

2、度的奇次谐波，那么反过來只要无限多个奇次谐波分量，且这些谐波的幅度按特定的比例叠加，也就一定可以得到一个方波信号。本文就是模拟了基波和三次谐波谐波分暈合成方波信号的过程。理论上来说，谐波分量越多时，合成的波形就会越趋近于标准的方波波形。本系统首先用一个方波振荡器产生一个频率为60KHz的方波信号，再送入分频器处理得到一个频率为lOKIIz的方波信号和一个频率为30KIIz的方波信号，然后分别通过滤波器处理为lOKIIz的正弦信号和30KIIz的正弦信号,把lOKIIz的正弦波作为基波分量，30KIIz的正弦波作为三次谐波，通过调幅电路调节它们的峰峰值分别为6V和2

3、V,即可满足傅里叶级数展开的系数比；再把lOKHz的正弦信号送入移相器进行相位调节后，和30KHz的正弦信号一起送入加法电路进行合成，即完成信号的叠加。可以推断，加法器的输出信号为一个近似方波的信号，且频率大概为lOKHzo系统单元电路如图1所示。图1系统结构框图移相电路加法电路2硬件电路设计2.1方波发生电路设计根据前而的分析，应该产生频率为60kHz的方波。方波可以用数字电路产生，也可以用模拟电路产生。由于数字电路产生的波形振幅较小，还需要应用模拟电路进行放大；而用数模混合电路相比纯模拟电路要复杂，因此，在此本文仅用模拟电路来产生方波。其基本原理是：通过电压比

4、较器产生高低电平；通过反馈回路和延时环节使高低电频周期性的交替变化。原理图如图2所示，图中滞回比较器的输出电压］U{=±U7＞阈值电压±力二土R'・u了；振荡周期为T=由周期计算式可知通5R*2Z（凡丿过改变心，C,艮与R2比值可以得到所需频率方波。但是这几个变量在实际电路中会存在一些约束，在选择器件参数时应该通过实际调节来确定。选择器件时，建议电阻使用金属膜电阻，这样电路产生的热噪声就小；选运放时要考虑它的通频带，通频带较小时，很难达到方波要求的频率，因此我们选择了性能很好的运放0PA820o前面所产牛的方波还不能为后级所利用，为此，还需经过后续处理，首先应该隔

5、除负向电压，在这里用一个二极管，这样经过二极管后的电压为二极管前电压一半减去管压降。如此一来方波幅度将更小，为了达到分频电路要求的最小电压，应该将波形进行升压。升压电路釆用同相比例放大器，得到幅度适度的电圧。这时的电圧可以为后级所利用，但为了减小后级电路负载对方波产生电路的影响，提高电路带负载能力，最后再接一个射极跟随器。到此，方波发生电路就可以达到预期要求，可以接上后级电路。2.2.分频电路设计此处的分频电路是将前级产生的60KHz方波，变为一个占空比为1/2,频率分别为30KHz和lOKHz的方波信号。这个处理可以很容易想到用数字计数器解决。计数器是常用的时序

6、电路，它不仅可以对脉冲进行计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲等。本文利用它的分频特性，一个N进制的计数器可以将它的输入时钟信号，分频为占空比为1/M、频率为输入信号1/N的输出时钟信号。所以为了得到30KHz的方波信号，可以将60KHz的方波作为时钟信号，接入一个二级制计数器，则输出为一个占空比为1/2、频率30KHz的方波信号。而对于lOKHz的方波信号获収，可以先让60K啟方波信号通过一个三进制的计数器，对应输出一个占空比为1/3、频率为20KIIZ的方波信号，再将此信号作为输入信号，接入一个二进制计数器，即可得到一个占空比为1/2、频率为lOKHz的方

7、波。即将60KHZ的方波信号经过三个数字计数器处理，就获得了满足1/2占空比要求的1OKH?和30KHz的方波信号。对于数字计数器的选择也是实现分频的关键。如果采用常见的集成计数器如(74LSHC163、74LSHC161)构成所需进制的计数器,则会出现占空比不定的情况，需要在分频后添加占空比调节电路，这就使得电路不稳定并且结构比较复杂。而采用触发器级联成的计数器则可以很好的掌控占空比，故木系统采用了JK触发器组成计数器，T触发器和D触发器也同样可以选择。然后需要考虑器件TTL和COMS的选择，因为系统处理的信号均在lOKHz以上频率，若数字器件的转换速率太低

8、则容易导致