構(gòu)成單片正弦波振蕩器的可編程模擬電路
[導(dǎo)讀]可編程邏輯器件為數(shù)字設(shè)計(jì)中 復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)提供了一種流行的方法。雖然制造商尚未提供能與VLSI數(shù)字電路復(fù)雜性相比擬的模擬電路，但現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬電路正在信號(hào)調(diào)整和濾波應(yīng)用中獲得廣泛采用。
可編程邏輯器件為數(shù)字設(shè)計(jì)中 復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)提供了一種流行的方法。雖然制造商尚未提供能與VLSI數(shù)字電路復(fù)雜性相比擬的模擬電路，但現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬電路正在信號(hào)調(diào)整和濾波應(yīng)用中獲得廣泛采用。這些器件基于CMOS跨導(dǎo)及開關(guān)式電容放大器，可為相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題提供一種便利的解決方案。Lattice 半導(dǎo)體公司(www.latticesemi.com) 的ispPAC10在系統(tǒng)可編程模擬電路，及其附帶的PAC Designer軟件為電路設(shè)計(jì)與驗(yàn)證提供了一種方便的方法。本設(shè)計(jì)實(shí)例描述了采用ispPAC10的兩款簡單正弦波振蕩器。
ispPAC10內(nèi)的電阻器都是固定在標(biāo)稱250 kΩ上的，所有的電容器都是用戶可選的，容值從1.07 pF~ 61.59 pF。圖1顯示將內(nèi)部塊1、2、4接成三部分級(jí)聯(lián)一階低通濾波器的 ispPAC10，它構(gòu)成一個(gè)經(jīng)典的移相RC振蕩器。改變電容器的值可以產(chǎn)生18kHz~130 kHz 范圍內(nèi)的振蕩頻率。每個(gè)PAC塊的增益固定為因數(shù)2，以得到-8dB的環(huán)路增益，這是起振所需的Barkhausen條件。塊3的結(jié)構(gòu)是一個(gè)一階低通濾波器，用以減少振蕩器輸出端的THD（總諧波失真）。塊3中的電容器值對(duì)濾波性能作了優(yōu)化，因此與移相級(jí)的電容器值有所差別。
圖2中的電路是一個(gè)雙積分回路，它構(gòu)成一個(gè)經(jīng)典的正交RC振蕩器。電路的振蕩頻率從12kHz ~ 126kHz，它與塊1與塊2構(gòu)成的積分器時(shí)間常數(shù)有關(guān)。理論上說，每個(gè)積分器都應(yīng)是絕對(duì)的單位增益，但實(shí)際上，ispPAC只允許反向積分器的規(guī)格，并且產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦信號(hào)需要塊1的增益至少為-4dB。該電路采用的增益為-10dB。ispPAC10的兩個(gè)附加塊構(gòu)成了一個(gè)二階低通濾波器，用于降低輸出端的THD。兩個(gè)振蕩器電路中均可以改變低通濾波器的增益，從而使電路輸出能在所有頻率上提供規(guī)定的電壓，如1V p-p。
表1和表2分別是移相和正交振蕩器的元件與輸出特性。CN為用于第n個(gè)PAC塊的電容器值，該塊振蕩于頻率f0。本設(shè)計(jì)用Tektronix TDS1002數(shù)字示波器的FFT功能測(cè)量 THD，以及-20 dB電平時(shí)每個(gè)輸出頻率對(duì)中心頻率f0的譜線寬度。
圖3表示一個(gè)微控制器針對(duì)規(guī)定頻率對(duì)ispPAC振蕩器作動(dòng)態(tài)重新配置。非易失存儲(chǔ)器保存規(guī)定頻率的電容與增益值，用于ispPAC10的每個(gè)電路塊。數(shù)據(jù)傳輸通過ispPAC10的串行測(cè)試訪問端口，采用IEEE 1149.1 JTAG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
ispPAC10內(nèi)的電阻器都是固定在標(biāo)稱250 kΩ上的，所有的電容器都是用戶可選的，容值從1.07 pF~ 61.59 pF。圖1顯示將內(nèi)部塊1、2、4接成三部分級(jí)聯(lián)一階低通濾波器的 ispPAC10，它構(gòu)成一個(gè)經(jīng)典的移相RC振蕩器。改變電容器的值可以產(chǎn)生18kHz~130 kHz 范圍內(nèi)的振蕩頻率。每個(gè)PAC塊的增益固定為因數(shù)2，以得到-8dB的環(huán)路增益，這是起振所需的Barkhausen條件。塊3的結(jié)構(gòu)是一個(gè)一階低通濾波器，用以減少振蕩器輸出端的THD（總諧波失真）。塊3中的電容器值對(duì)濾波性能作了優(yōu)化，因此與移相級(jí)的電容器值有所差別。
圖2中的電路是一個(gè)雙積分回路，它構(gòu)成一個(gè)經(jīng)典的正交RC振蕩器。電路的振蕩頻率從12kHz ~ 126kHz，它與塊1與塊2構(gòu)成的積分器時(shí)間常數(shù)有關(guān)。理論上說，每個(gè)積分器都應(yīng)是絕對(duì)的單位增益，但實(shí)際上，ispPAC只允許反向積分器的規(guī)格，并且產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦信號(hào)需要塊1的增益至少為-4dB。該電路采用的增益為-10dB。ispPAC10的兩個(gè)附加塊構(gòu)成了一個(gè)二階低通濾波器，用于降低輸出端的THD。兩個(gè)振蕩器電路中均可以改變低通濾波器的增益，從而使電路輸出能在所有頻率上提供規(guī)定的電壓，如1V p-p。
表1和表2分別是移相和正交振蕩器的元件與輸出特性。CN為用于第n個(gè)PAC塊的電容器值，該塊振蕩于頻率f0。本設(shè)計(jì)用Tektronix TDS1002數(shù)字示波器的FFT功能測(cè)量 THD，以及-20 dB電平時(shí)每個(gè)輸出頻率對(duì)中心頻率f0的譜線寬度。
圖3表示一個(gè)微控制器針對(duì)規(guī)定頻率對(duì)ispPAC振蕩器作動(dòng)態(tài)重新配置。非易失存儲(chǔ)器保存規(guī)定頻率的電容與增益值，用于ispPAC10的每個(gè)電路塊。數(shù)據(jù)傳輸通過ispPAC10的串行測(cè)試訪問端口，采用IEEE 1149.1 JTAG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
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