一种正交正弦信号产生电路的制作方法

本实用新型属于信号处理技术领域，涉及一种正交正弦信号产生电路。

背景技术：

正交正弦信号在数据采集、信号检测和处理等领域有着广泛的应用。利用矩形波产生相位差为90°的正交正弦波，即正弦和余弦信号，具有广泛的应用前景。

用dds、fpga等可以产生频率可变正交正弦信号，但是电路复杂、功耗大、成本高。本实用新型提供一种正交正弦信号产生电路，输入信号为cmos电平的数字信号，通过频率控制，滤波和移相电路，它可以产生相位差为90°的正弦信号，克服了传统实现方法电路复杂、使用不灵活、功耗大、成本高等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、功耗小、成本低的正交正弦信号产生电路。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种正交正弦信号产生电路，包括依次相连的分频电路、电平移动电路、滤波电路和移相电路，分频电路还与滤波电路相连；

所述的滤波电路包括第三芯片和第四芯片，第三芯片采用开关电容滤波器芯片max295，第四芯片采用高精度运算放大器op07；第三芯片的第1脚接分频电路，第三芯片的第8脚接电平移动电路；第三芯片的第2脚和第二电容的一端接-5v电源，第二电容的另一端和第三芯片的第6脚接地，第三芯片的第3脚和第4脚相连，第三芯片的第5脚和第四芯片的第3脚接移相电路，第三芯片的第7脚和第一电容的一端接+5v电源，第一电容的另一端接地；第四芯片的第2脚和第6脚接第七电阻的一端，第四芯片的第4脚接-5v电源vee，第四芯片的第7脚接+5v电源vdd，第七电阻的另一端和第八电阻的一端接第一输出端，第八电阻为滑动变阻器，第八电阻的另一端接地。

本实用新型产生电路根据f=f1/100的关系，随输入cmos数字信号的频率f1（1khz～200khz）的变化而输出频率f在10hz～2khz之间变化的正交正弦信号。电路结构简单、精确度高、实时性好、功耗小、成本低、灵活性好等特点。由于输入信号的产生方法很多，例如可以用7555定时器电路产生，也可以通过有源晶振产生，还可以由单片机或fpga产生，所以该产生电路的灵活性和可扩展性优良。

附图说明

图1是本实用新型产生电路的系统结构框图。

图2是本实用新型产生电路中分频电路的示意图。

图3是本实用新型产生电路中电平移动电路的示意图。

图4是本实用新型产生电路中滤波电路的示意图。

图5是本实用新型产生电路中移相电路的示意图。

图1中：1.分频电路，2.电平移动电路，3.滤波电路，4.移相电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型正交正弦信号产生电路，包括依次相连的分频电路1、电平移动电路2、滤波电路3和移相电路4，分频电路1还与滤波电路3相连。

如图2所示，本实用新型正交正弦信号产生电路中的分频电路1，包括第一芯片u1，第一芯片u1采用双十进制计数器74hct390；第一芯片u1的第1脚接输入信号，第一芯片u1的第3脚和第4脚均接滤波电路3，第一芯片u1的第7脚和第12脚相连，第一芯片u1的第9脚和第15脚相连，第一芯片u1的第13脚接电平移动电路2，第一芯片u1的第8脚、第14脚和第2脚均接地，第一芯片u1的第16脚接+5v电源。

如图3所示，本实用新型正交正弦信号产生电路中的电平移动电路2，包括第二芯片u2，第二芯片u2采用运算放大器ad843；第二芯片u2的第2脚（反相输入端）接第三电阻r3的一端和第六电阻r6的一端，第六电阻r6的另一端和第二芯片u2的第6脚（输出端）接滤波电路3；第三电阻r3的另一端接第一电阻r1一端和第二电阻r2的一端，第一电阻r1的另一端接地，第一电阻r1为滑动变阻器，第二电阻r2的另一端和第二芯片u2的第7脚接电源vdd，第二芯片u2的第4脚接电源vee；第二芯片u2的第3脚（同相输入端）接第四电阻r4的一端和第五电阻r5的一端，第四电阻r4的另一端接分频电路1，即第四电阻r4的另一端接第一芯片u1的第13脚，第五电阻r5的另一端接地。

如图4，本实用新型正交正弦波产生电路中的滤波电路3，包括第三芯片u3和第四芯片u4，第三芯片u3采用开关电容滤波器芯片max295，第四芯片u4采用高精度运算放大器op07；第三芯片u3的第1脚接第一芯片u1的第3脚和第4脚，第三芯片u3的第8脚接第二芯片u2的第6脚和第六电阻r6的另一端；第三芯片u3的第2脚和第二电容c2的一端接-5v电源，第二电容c2的另一端和第三芯片u3的第6脚接地，第三芯片u3的第3脚和第4脚相连，第三芯片u3的第5脚和第四芯片u4的第3脚（同相输入端）接移相电路4，第三芯片u3的第7脚和第一电容c1的一端接+5v电源，第一电容c1的另一端接地；第四芯片u4的第2脚（反相输入端）和第6脚接第七电阻r7的一端，第四芯片u4的第4脚接电源vee，第四芯片u4的第7脚接电源vdd，第七电阻r7的另一端和第八电阻r8的一端接第一输出端，输出信号vout1，第八电阻r8为滑动变阻器，第八电阻r8的另一端接地。

如图5，本实用新型正交正弦波产生电路中的移相电路4，包括第五芯片u5和第六芯片u6，第五芯片u5采用开关电容滤波器芯片max296，第六芯片u6采用高精度运算放大器op07；第五芯片u5的第8脚接第三芯片u3的第5脚和第四芯片u4的第3脚，第五芯片u5的第1脚接频率为fclk2的时钟信号，第五芯片u5的第2脚和第三电容c3的一端接-5v电源，第三电容c3的另一端和第五芯片u5的第6脚接地，第五芯片u5的第3脚和第4脚相连，第五芯片u5的第7脚和第四电容c4的一端接+5v电源，第四电容c4的另一端接地；第五芯片u5的第5脚接第九电阻r9的一端，第九电阻r9的另一端接第十电阻r10的一端和第六芯片u6的第3脚（同相输入端），第十电阻r10为滑动变阻器，第十电阻r10的另一端接地，第六芯片u6的第7脚接电源vdd，第六芯片u6的第4脚接电源vee，第六芯片u6的第2脚（反相输入端）接第十一电阻r11的一端和第十二电阻r12的一端，第十一电阻r11的另一端接地，第十二电阻r12的另一端和第六芯片u6的第6脚（输出端）接第二输出端，输出信号vout2。

频率为f1的矩形波从第一芯片u1的第1引脚输入分频电路1，作为时钟信号1cp0，1cp0经过2分频后的信号从第一芯片u1的第3引脚1q0输出，其占空比为50%，一路连接到第三芯片u3，作为滤波电路3的时钟fclk1，另一路和第一芯片u1的1cp1连接。第一芯片u1的第7引脚1q3与第12引脚时钟2cp1连接；第一芯片u1的第9引脚2q3与第15引脚时钟2cp0连接，第一芯片u1的第13引脚2q0输出占空比为50%的矩形波，第一芯片u1的第13引脚输出的矩形波通过第四电阻输入第二芯片u2，该矩形波的频率为f，且满足f=f1/100。

为了减小滤波电路3输出的正弦波谐波的分量，滤波电路3输入的是方波信号。第二芯片u2与第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6组成一个减法器。第二电阻r2与第一电阻r1对+5v电源vdd分压，第一电阻r1两端的电压为vbd，第二芯片u2的输出vin1=vb－vbd，所以调节第一电阻r1的阻值，就可以改变vbd的大小，使得输出信号vin1为方波。

由于方波信号通过滤波器可以产生相位移为0°的正弦信号，改变时钟频率即可改变滤波器的截止频率；第三芯片u3的第1引脚接时钟输入，第三芯片u3的第8引脚接收第二芯片u2输出的方波信号vin1，由于max295是8阶的低通滤波器，所以第三芯片u3能够抑制谐波，输出正弦波信号vout01。第四芯片u4与第八电阻r8和第七电阻r7实现输出信号幅值的调节。只要调节第八电阻r8就可改变输出信号vout1的幅值。

由于正弦信号通过移相器可以产生相位移为90°的正弦波，不管输入信号的频率f1如何变化，只要保持移相电路4的输出信号频率f=fclk2/100（式中fclk2为输入的时钟信号频率），就能保证正弦信号的相位移90°。第五芯片u5的第1引脚接频率为fclk2的时钟信号，该时钟信号与频率为f1的输入信号相连；第五芯片u5的第8引脚输入正弦信号vin2，第五芯片u5的第5引脚输出正弦信号vout02。由于max296是8阶的贝塞尔型的低通滤波器，所以它能够抑制谐波，并可移相输出正弦波，只要调节第十电阻r10的阻值，就可改变输出信号vout2的幅值。

本实用新型正交正弦信号产生电路的原理是：输入的cmos数字信号的频率为f1，占空比为50%，其频率

f1=100f（1）

f是本实用新型产生电路产生的正交正弦信号vout1和vout2的频率。f1通过74hct390的2分频电路产生信号fclk1，作为滤波电路max295的时钟；由于f1经过74hct390的100分频得到vb，vb经过电平移动变为方波信号vin1，方波信号vin1频率也为f（vout1的频率、vout2的频率和vin1的频率均为f），方波信号vin1作为滤波电路的信号输入。滤波电路max295的截止频率fo1由时钟控制，fo1=fclk1/50。由于f1=2fclk1，从（1）式可得：

f=fclk1/50（2）

由于滤波器的截止频率fo1与输入信号频率f相同，max295是8阶的巴特沃兹型的低通滤波器，它可以滤除方波信号中的谐波，产生了频率为f的正弦信号vout01，vout01作为移相电路max296的输入vin2，max296是贝塞尔型的8阶低通滤波器，它的截止频率fo2由时钟控制，即fo2=fclk2/50。max296低通滤波器不但有滤波效果，还有线性移相功能。vin2的频率为f，max296输出为vout02，它的移相由时钟控制，根据时钟和信号的移相关系，当f=fclk2/50，即f=fo2，max296移相为180°；当f=fclk2/100,即f=fo2/2，移相为90°。由（1）式得：f=f1/100，因为本实用新型的连接使得fclk2=f1，所以满足f=fclk2/100，f=fo2/2关系，即vout02相对于vout01的相位移是90°；滤波电路3中第三芯片u3输出vout01和移相电路4中第五芯片u5输出的vout02是一组频率为f的正交正弦信号。vout01和vout02经过幅度调节作为正交正弦信号vout1和vout2输出。

频率为f1的输入信号分别输入分频电路1和移相电路4，分频电路1的输出信号fclk1和vb分别输入滤波电路3和电平移动电路2；电平移动电路2的输出信号vin1输入滤波电路3；滤波电路3中的第三芯片u3输出信号vout01与移相电路4的输入信号vin2连接。滤波电路3中的第三芯片u3输出的信号vout01和移相电路4中的第五芯片u5输出的信号vout02分别经过各自的幅度调节环节，产生输出正交正弦信号vout1和vout2，所以，通过改变输入本实用新型产生电路的信号频率f1，就可输出频率为f的正交正弦信号。