工頻功率電源信號發(fā)生電路的實(shí)現(xiàn)

1、工頻功率電源信號發(fā)生電路的實(shí)現(xiàn)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte一般說來，工頻功率電源是由信號產(chǎn)生、功率放大、輸出控制三大部分組成。其中，信號發(fā)生電路是工頻功率電源的核心。它是用來產(chǎn)生多相正弦波信號

2、，并完成對信號的頻率、相位和幅度的調(diào)節(jié)。信號產(chǎn)生電路，既可以由模擬電路實(shí)現(xiàn)，電可以由數(shù)字電路產(chǎn)生。由模擬電路設(shè)計(jì)的電源稱為模擬信號源，由數(shù)字電路設(shè)計(jì)的電源稱為數(shù)字信號源。1 模擬和數(shù)字信號源的區(qū)別模擬信號源輸出頻率和相位可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)；可使輸出信號有很高的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是：相位及頻率的時(shí)間穩(wěn)定性差；調(diào)節(jié)相位時(shí)對幅度有影響；且頻率及相位無法直接顯示；電路調(diào)試?yán)щy，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)程控。數(shù)字信號源輸出幅度、頻率和相位的時(shí)間穩(wěn)定性好；調(diào)節(jié)相位時(shí)對幅度沒有影響；數(shù)字電路容易調(diào)試，工藝結(jié)構(gòu)簡單，與計(jì)算機(jī)接口方便，易實(shí)現(xiàn)程控。幅度、頻率和相位雖不能連續(xù)調(diào)節(jié)，但足以滿足實(shí)際需求，所以工頻功率電源多是數(shù)字

3、信號源。2 波形的分解與量化要實(shí)現(xiàn)信號源的數(shù)字化，首先把要得到的波形進(jìn)行分解和量化，然后再對分解和量化的波形進(jìn)行合成。即按順序?qū)⒉ㄐ蔚姆狄詳?shù)字信息存入存貯器，工作時(shí)，再以相同的順序取出相應(yīng)幅值，經(jīng)DA電路變換成模擬量，輸出所需的各種波形，假設(shè)我們欲得到圖1(a)所示的正弦波。如果在一個(gè)周期內(nèi)，將該正弦波等分成16段，即以n=360/16=22.5為間隔分成16個(gè)點(diǎn)。在峰-峰幅值之間共分成土100個(gè)等級，16個(gè)點(diǎn)的量化等級即如圖1中所示；如在一個(gè)周期內(nèi)，將該正弦波等分成30段，即以n=36030=12為間隔分成30個(gè)點(diǎn)。在峰-峰幅值之間共分成100個(gè)等級，30個(gè)點(diǎn)的量化等級即如圖1(b)所示。

4、很顯然，一個(gè)周期內(nèi)分解的點(diǎn)數(shù)以及幅度的量化級越多，波形越逼真。由此產(chǎn)生一個(gè)完整的正弦波所需的數(shù)據(jù)量就越大。幅度量化的級數(shù)越多，設(shè)計(jì)電路時(shí)所需的DA位數(shù)就越多，成本就越高，但DA位數(shù)少時(shí)，輸出波形不平滑，含有高次諧波，需用低通濾波器濾除，而低通濾波器會(huì)產(chǎn)生附加相移。一般是根據(jù)相位的調(diào)節(jié)細(xì)度來選擇分解的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)的等級來選擇量化的級數(shù)。假如需要設(shè)計(jì)一個(gè)相位調(diào)節(jié)細(xì)度為1，幅度調(diào)節(jié)細(xì)度為不大于0.5的數(shù)字源。因?yàn)橄辔徽{(diào)節(jié)細(xì)度為1，則可取360個(gè)點(diǎn)；8位DA的量化等級為1256=0.0039=0.39%0.5。即一個(gè)完整周期的正弦波分為360個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)的幅值用8位二進(jìn)制數(shù)表示，并且采用偏移二進(jìn)制數(shù)雙

5、極性碼。所謂偏移二進(jìn)制雙極性碼，就是將自然二進(jìn)制碼對應(yīng)的模擬量平移后得到的，它將模擬量的零值移至與數(shù)字量80H相對應(yīng)。這樣，當(dāng)Sin90=1時(shí)，量化值為FFH；sin180=0時(shí)，量化值為80H；sin270=-1時(shí)，量化值為00H。另外，存貯該正弦波數(shù)據(jù)所需的存貯器容量為3608位。確定了上述波形信息，就可進(jìn)行波形的合成。3 波形的合成如圖2所示，假定住ROM里已存貯了上述波形信息。波形計(jì)數(shù)器依次送山ROM里的地址信息0359。在地址信號作用下，依次取出存入ROM里的各點(diǎn)幅伉數(shù)據(jù)，并送入DA。在DA中把幅值的數(shù)字信息變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬電流，經(jīng)運(yùn)算放大器將電流信號變?yōu)殡妷盒盘枺偻ㄟ^低通濾波器濾除

6、高次諧波，便可得到光滑的正弦波。DA變換及運(yùn)放濾波電路如圖3所示。圖中DAC0832是8位CMOS DA芯片，的數(shù)字信號經(jīng)兩級鎖存，輸出的是電流信號，輸出電流與輸入的數(shù)字量NB的關(guān)系如式1所示根據(jù)圖中電路接法可知按照式3可算出輸出電壓Uo與輸入二進(jìn)制數(shù)的關(guān)系，如表1所列。它符合偏移二進(jìn)制雙極性碼的姚律。4 數(shù)字調(diào)幅由式3可見，要改變輸出正弦波的幅度，只要改變形成波型的基準(zhǔn)電壓UREF即可，而UREF是由DA 2提供的，如圖4所示。所以只要改變輸入給DA 2的數(shù)字量即可改變合成數(shù)字波形時(shí)的基準(zhǔn)電壓UREF。這樣也便于實(shí)現(xiàn)幅度的程控調(diào)節(jié)。至于DA 2的位數(shù)，應(yīng)由輸出幅度的調(diào)節(jié)細(xì)度來決定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)細(xì)度較高時(shí)，DA2的位數(shù)應(yīng)高一些，該例中調(diào)節(jié)細(xì)度為不大于0.5，使劇DAC0832即可。5 頻率合成當(dāng)然，對于單相工頻電源來說，要使頻率能在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且有很高的穩(wěn)定度，就要用到頻率合成技術(shù)。所謂頻率合成技術(shù)，就是將一個(gè)基準(zhǔn)頻率fo變換成一系列的新頻率fl=Nfo，并且這些新頻率的穩(wěn)定度要與基準(zhǔn)頻率相當(dāng)。根據(jù)頻率穩(wěn)定度及調(diào)節(jié)細(xì)度的要求來設(shè)計(jì)出相應(yīng)的變頻電路；對于多相工頻電源來說，