锁定同步正弦发生器覆盖三十倍频程

该电路通过三十倍频程（20Hz至20kHz）同步正弦波输出，同时保持低THD和恒定幅度。

测试、校准和一般系统操作等模拟应用通常需要具有精确幅度和频率的正弦波形，以及低总谐波失真（THD）。一些应用要求此类波形的发生器能够将输出与外部定时信号精确同步。简单的正弦波发生器可以提供不同程度的这种性能，但保持低THD和恒定幅度是一个问题，特别是如果输出和同步信号必须在扩展的频率范围内保持锁定。

图1所示电路可以在三十倍频程（20Hz至20kHz）下同步正弦波输出，同时保持低THD和恒定幅度（表1）。同步器 IC （74HC4046） 是一个锁相环 （PLL），配有 VCO 和相位/频率检测器。它有三个内部鉴相器，但这里使用的鉴相器（数字2）的频率捕获范围等于VCO频率范围（f.MAX， G最低).

图1.这款 3-IC 正弦波发生器涵盖三个频率十进制，提供低失真，并可同步至外部信号。

电路的通用二进制分频器（74HC4060）连接在VCO输出和74HC4046反馈输入（相位/频率比较器输入）之间，分频比设置为64。因此，当PLL锁定时，74HC4060的Q6输出会产生等于1/64的方波千的VCO输出频率。决定74HC4046中心频率（C1和R1）的元件尺寸经过确定，因此VCO频率的范围从（20×64）到（20，000×64），从VCO输入电压范围的最小电平到最大电平。

开关电容低通滤波器（MAX297），截止频率（设计）等于1/50千施加到它的时钟频率中，信号输入具有与PLL反馈相同的方波，并且其时钟输入连接到VCO输出。由于时钟和信号输入的频率比始终为64，因此输入信号始终落在滤波器带通范围内。没有输入谐波落在此带通内，因为 F 的比值时钟所有这些的频率< 50。（对于可能的最低（二次）谐波，比率为 32。

滤波器的输入信号是方波（占空比为50%）这一事实有助于此应用，因为方波仅包含基波的奇次谐波，而最低频率谐波是第三个谐波，这完全在滤波器的深度衰减范围内。频率范围内的输出幅度和失真如表1所示。

您可以对同步信号进行频率调制，但这需要在同步跟踪速度（或最大调制频率和深度）和频率锁定范围之间做出折衷，锁定范围由PLL的低通滤波器组件（R2、R3和C2）设置。所示值的调制速度受到限制，因为这些值针对扩展频率锁定范围进行了优化。

频率（赫兹）	总谐波失真 （%）	振幅 （VRMS）
20	2.775	1.470
50	2.650	1.472
100	2.525	1.472
200	2.250	1.473
500	1.002	1.473
1000	0.186	1.473
2000	0.260	1.472
5000	0.330	1.473
10000	0.405	1.473
20000	0.022	1.472

审核编辑：郭婷