用双滤波器生成扫频正弦/余弦波形

在电子工程领域，生成扫频正弦和余弦波形是一项常见的任务，广泛应用于解调器、定向电路以及各种通信系统。传统的实现方法是通过模拟滤波器来产生相差90°的正弦波和余弦波，但这种方式受限于频率范围。本文将介绍一种利用双滤波器技术，能够在较宽的频率范围内生成扫频正弦/余弦波形的方法。 我们来看图1所示的电路设计。这个电路的核心是Mixed Signal Integration公司的MSFS5滤波器，它具有可选的低通和带通特性，能够有效地消除输入方波的谐波成分。MSFS5滤波器的时钟频率是输入方波的100倍，这使得它能够处理更广泛的频率范围。电路中的74HC390和74HC74芯片组合起来，形成了一个25分频和2分频的电路，这样可以生成相差90°的信号。具体来说，74HC74的Q输出连接到74HC390A的2分频器，产生的方波频率为滤波器时钟频率的1/100，确保了相位差。 为了防止CMOS电平的方波导致滤波器饱和，电路中还包含了一个由R1至R4构成的电阻分压器，用来降低信号幅度。图2展示了在2 MHz系统时钟下，两个滤波器在20 kHz频率时的输出，示波器上相位差接近-89.85°。在扫频过程中，相位变化范围在-89°到-91°之间，如图3所示，呈现出典型的Lissajous图形。 为了评估电路性能，使用频谱分析仪和AudioPrecision公司的音频分析仪进行了测试。测试结果显示，总谐波失真（THD）为-49 dB，这意味着信号的失真程度非常低。此外，该电路在FSK（频移键控）或FM（调频）应用中，滤波器输出没有出现间断，证明了其在通信系统中的稳定性和可靠性。 这种基于双滤波器的扫频正弦/余弦波形生成方法克服了传统模拟滤波器的频率范围限制，提供了更广阔的频率响应。通过精确的分频和滤波器设计，实现了90°的相位差，并且在实际测试中表现出低失真和良好的稳定性。这一技术对于需要高精度相位关系的电子应用，如无线通信、信号解调和检测等领域，具有重要的实用价值。