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技術(shù)專題
電路設(shè)計中生成所需波形方法
波形生成是模擬電路的重要組成部分，是電路設(shè)計和測試的一部分。本文介紹在電路設(shè)計時使用一些簡單的振蕩器電路生成所需波形的方法。
振蕩器電路的基本類型：方波，正弦波和三角波
振蕩器電路產(chǎn)生的基波是方波，正弦波和三角波（以及相關(guān)的鋸齒波）。這些波形可以使用一些簡單的電路相互轉(zhuǎn)換，通常涉及一個或多個運算放大器。這通常需要生成一些初始波，并將其饋入轉(zhuǎn)換器電路，然后生成所需波形。
另一個選擇是將直流電直接轉(zhuǎn)換為振蕩波形。從直流信號產(chǎn)生方波的經(jīng)典方法是使用不穩(wěn)定的多諧振蕩器。這種類型的振蕩電路非常容易用一些無源元件和兩個晶體管進行布局，或者你可以將555定時器連接為不穩(wěn)定的多諧振蕩器。該電路如下圖所示。在該電路中，晶體管充當(dāng)交流開關(guān)，由充電/放電電容器觸發(fā)。晶體管Q2的截止時間等于R1C1的時間常數(shù)的69.3％，晶體管Q1的截止時間類似。如果時間常數(shù)相等（C1 = C2，R1 = R2），則你有一個占空比為50％的方波。然后，你可以使用具有不同值的電容器或電阻器來控制占空比。
如果你正在使用時鐘脈沖流（即使用晶體振蕩器的濾波輸出），則可以使用積分器電路將時鐘信號轉(zhuǎn)換為三角波或鋸齒波。同樣，你可以使用微分電路將其轉(zhuǎn)換回時鐘信號。這些電路足夠基本，可以使用電阻器，電容器和運算放大器構(gòu)建。你還可以利用比較器中的磁滯來從三角波產(chǎn)生PWM信號，在三角波中，可以通過在某些特定工作點附近改變?nèi)遣ǖ母叨葋砜刂普{(diào)制。
用于直接生成或轉(zhuǎn)換的其他類型的振蕩器電路包括Hartley，Armstrong，Clapp，Colpitts和RC振蕩器。這些簡單類型的振蕩器電路包括一個運算放大器或一些晶體管，以及一些無源元件，使其易于在電路設(shè)計中實現(xiàn)。
生成更復(fù)雜的波形
使用更復(fù)雜的波形（例如任意波形和調(diào)制波）需要使用不同類型的電路。這些波形更適合于不同的應(yīng)用，但是使用COTS組件很容易為這些波形創(chuàng)建所需的電路。
FM和AM波形
AM波形實際上等效于高頻載波和具有一定DC偏移的低頻調(diào)制波的乘積。使用模擬加法器電路或某些專用的正弦波發(fā)生器，可以將直流偏移添加到低頻正弦波很簡單。然后可以將其與高頻載波一起饋入模擬乘法器電路，從而產(chǎn)生具有疊加包絡(luò)的高頻載波。FM波形可以使用電壓頻率轉(zhuǎn)換器生成，在其中通過設(shè)置轉(zhuǎn)換器的輸入電壓電平來調(diào)制邊帶。
在電信應(yīng)用中使用的大量調(diào)制方案遠遠超出了本文的范圍。同時，讓我們看一下任意波形的產(chǎn)生：
任意波形
精通數(shù)學(xué)的電路設(shè)計人員應(yīng)該知道，通過將無限數(shù)量的具有特定振幅的正弦和余弦波相加，可以生成任意重復(fù)波形。顯然，將多個正弦和余弦饋入無限端口加法器是不可能的。疊加較少數(shù)量的波會在輸出波形中產(chǎn)生一些誤差，因此需要一種更優(yōu)雅的解決方案來生成任意波形。
在這里，你可以在簡單的電路中使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和微控制器。微控制器的工作是將任意波形的連續(xù)部分的信號電平編碼為數(shù)字。然后將該數(shù)字編號發(fā)送到DAC，然后將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號電平。為了防止信號電平隨輸出變化而在離散電平之間快速切換，你需要在輸出中添加一些抖動。這將在離散輸出信號電平之間產(chǎn)生更加平滑的過渡。具有快速響應(yīng)時間的AD9708 IC或類似DAC非常適合該應(yīng)用。
這種方法的缺點是波形的頻率和形狀精度將受微控制器的時鐘頻率限制。微控制器將具有一定的最大頻率，可以通過GPIO或其他接口提供輸出。這將最大信號重復(fù)頻率限制為C / N，其中C是微控制器的時鐘頻率，N是用于編碼信號的離散電平的數(shù)量。如果需要更高的頻率，則需要更快的時鐘。一個小型的以高時鐘速度運行的FPGA是一個很好的選擇，因為它將專用于產(chǎn)生特定的波形。
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