JPH0218608B2 - - Google Patents

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JPH0218608B2
JPH0218608B2 JP56161667A JP16166781A JPH0218608B2 JP H0218608 B2 JPH0218608 B2 JP H0218608B2 JP 56161667 A JP56161667 A JP 56161667A JP 16166781 A JP16166781 A JP 16166781A JP H0218608 B2 JPH0218608 B2 JP H0218608B2
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JP
Japan
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filter
phase
output signal
frequency
circuit
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JP56161667A
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Japanese (ja)
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JPS5862903A (en
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Isao Sagusa
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B28/00Generation of oscillations by methods not covered by groups H03B5/00 - H03B27/00, including modification of the waveform to produce sinusoidal oscillations

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は安定な動作を行わせることができる正
弦波発生回路に関するものである。 従来、信号発生器等に用いる位相の安定な正弦
波発生回路としては、源発振器の出力を高調波を
除去するフイルター回路を経由して所望の信号を
取り出すように構成していた。しかしながらこの
種のフイルター回路には、LCフイルターを使用
するものが多い。ところが上記LCフイルターの
カツトオフ周波数0の近傍は第1図に示すように
位相特性が急激に変化する領地にあるので、LC
フイルターを構成する回路素子の特性のバラツキ
或いは温度変化により或いは経年変化に対して安
定な特性が得られない欠点があつた。 本発明は上記の欠点を除去したもので、以下そ
の一実施例と共に説明する。 第2図は正弦波発生回路の構成を示す回路図、
第4図および第5図はその動作を説明するための
波形図、第3図はフイルターの振幅位相の関係を
示す図である。 第2図において、1は階段波発生回路部、2は
フイルター回路部であつて、これらは以下に示す
各回路部品により構成される。即ち、3はクロツ
クパルスの入力端子、4はクロツク入力端子CK、
出力端子Q0〜Q3を有するカウンター、5,6は
第1、第2のイク、スクルーシブ・オアー回路、
7,8はそれぞれクロツク入力端子CK、制御端
子D、出力端子Q,を有するDフリツプフロツ
プ、10は演算増幅器、R1〜R5はそれぞれ抵抗、
C1〜C3はそれぞれコンデンサである。なおこの
実施例では電源(図示せず)として正負両方の電
圧を発生するものを用いるものとする。 第5図において、イは端子3に加わるクロツク
パルス、ロ,ハ,ニ,ホはそれぞれカウンタ4の
出力端子Q0,Q1,Q2,Q3の出力、ヘ,トはそれ
ぞれイクスクルージブ・オアー回路5,6の出
力、チはDフリツプフロツプの端子Qの出力、リ
はDフリツプフロツプ8の端子の出力、ヌは演
算増幅器10の出力である。 次にこの実施例の動作について説明する。 本実施例において、階段波発生回路部1はデイ
ジタル手段によりできるだけ高調波成分の少ない
信号源を使用し、フイルター回路部2は前記信号
源からの階段波波形の高次高調波の除去を受持ち
両者で高調波含有率の低い発振回路を実現する。
より具体的には、階段波発生回路部1は、偶数次
成分と奇数次成分のうち第5次までの成分を含ま
ないような階段波形を用い、一方フイルター回路
部2は主として第7次の高調波成分を除去するよ
うにしておく。上記条件を満足する階段波波形と
して階段波波形をフーリエ解析して、階段波の各
段の振幅比と時間間隔を以下のように定めた。即
ち第4図に示すよう0レベルに対して正負に対称
でそれぞれ振幅がe1,e2、時間々隔t1,t2の階段
波において、前記e1:e2=1:√2に、またt1
t2=1:2に選択したもので、第2図に示す実施
例はそのような階段波を発生することができる。 次にe1とe2,t1とt2の関係についてフーリエ級
数をもとに説明する。第6図のような波形をフー
リエ展開すると第6図は偶関数であるから、 f(t)=a0n=1 aocosnωt a0=2/T{C∫T/8 0dt+B∫T/4 T/8dt+A∫3/8T T/4dt} =1/4(A+B+C) ao=4/T∫T/2 0(t)cos nωtdt =T/4{∫T/8 0Ccos nωtdt+∫T/4 T/8Bcos nωtdt +∫3/8T T/4Acos nωtdt} ここでT=2π/ωであるから ao=2/nπ{A(sin3nπ/4−sinnπ/2) +B(sinnπ/2−sinnπ/4)+Csinnπ/4} 従つて、基本波成分は a1=1/π{(√2−2)(A−B)+√2C} また、高調波成分は、 a2=−1/π(A+B−C) a3=1/3π{(√2+2)(A−B)+√2C} a4=0 a5=−1/5π{(√2+2)(A−B)+√2C) a6=2/3π(A+B−C) a7=1/7π{(2−√2)(A−B)−√2C} a8=0 a9=1/9π{(√2−2)(A−B)+√2C} a10=−1/5π(A+B−C) 〓 〓 ここで、B=(1+√2)A C=(2+√2)A (従つて、第4図ではl1:l2=1:√2)の関係
にすれば となる。 従つて、 となる。 よつて合成信号の振幅を
The present invention relates to a sine wave generating circuit that can operate stably. Conventionally, phase-stable sine wave generation circuits used in signal generators and the like have been configured to extract a desired signal from the output of a source oscillator via a filter circuit that removes harmonics. However, many filter circuits of this type use LC filters. However, as shown in Figure 1, near the cut-off frequency of 0 of the LC filter, the phase characteristics change rapidly, so the LC
There is a drawback that stable characteristics cannot be obtained due to variations in characteristics of circuit elements constituting the filter, changes in temperature, or changes over time. The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks and will be described below along with an embodiment thereof. Figure 2 is a circuit diagram showing the configuration of a sine wave generating circuit.
FIGS. 4 and 5 are waveform diagrams for explaining the operation, and FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amplitude and phase of the filter. In FIG. 2, 1 is a staircase wave generation circuit section, and 2 is a filter circuit section, each of which is composed of the following circuit components. That is, 3 is the clock pulse input terminal, 4 is the clock input terminal CK,
A counter having output terminals Q 0 to Q 3 , 5 and 6 are first and second output terminals, and a exclusive OR circuit.
7 and 8 are D flip-flops each having a clock input terminal CK, a control terminal D, and an output terminal Q; 10 is an operational amplifier; R 1 to R 5 are each a resistor;
C1 to C3 are each capacitors. In this embodiment, a power source (not shown) that generates both positive and negative voltages is used. In Figure 5, A is the clock pulse applied to terminal 3, B, C, D, and H are the outputs of the output terminals Q 0 , Q 1 , Q 2 , and Q 3 of the counter 4, respectively, and H and G are the exclusive pulses, respectively. Outputs of the OR circuits 5 and 6, H is the output of the terminal Q of the D flip-flop, R is the output of the terminal of the D flip-flop 8, and N is the output of the operational amplifier 10. Next, the operation of this embodiment will be explained. In this embodiment, the staircase wave generation circuit section 1 uses a signal source with as few harmonic components as possible by digital means, and the filter circuit section 2 is responsible for removing high-order harmonics of the staircase waveform from the signal source. This realizes an oscillation circuit with low harmonic content.
More specifically, the staircase wave generation circuit section 1 uses a staircase waveform that does not include even and odd order components up to the 5th order, while the filter circuit section 2 mainly uses the 7th order component. Make sure to remove harmonic components. Fourier analysis was performed on the staircase waveform as a staircase waveform satisfying the above conditions, and the amplitude ratio and time interval of each step of the staircase wave were determined as follows. That is, as shown in Fig. 4, in a staircase wave that is symmetrical in positive and negative directions with respect to the 0 level and has amplitudes of e 1 and e 2 and time intervals of t 1 and t 2 , e 1 :e 2 =1:√2. , also t 1 :
With the choice of t 2 =1:2, the embodiment shown in FIG. 2 is able to generate such a staircase wave. Next, the relationship between e 1 and e 2 and t 1 and t 2 will be explained based on the Fourier series. When the waveform shown in Figure 6 is expanded into a Fourier, Figure 6 is an even function, so f(t) = a 0 + n=1 a o cosnωt a 0 = 2/T{C∫ T/8 0 dt+B∫ T/4 T/8 dt+A∫ 3/8T T/4 dt} = 1/4 (A + B + C) a o = 4/T∫ T/2 0 (t) cos nωtdt = T/4 {∫ T/8 0 Ccos nωtdt+∫ T/4 T/8 Bcos nωtdt +∫ 3/8T T/4 Acos nωtdt} Here, since T=2π/ω, a o =2/nπ{A(sin3nπ/4−sinnπ/2) +B(sinnπ/2-sinnπ/4)+Csinnπ/4} Therefore, the fundamental wave component is a 1 =1/π{(√2-2)(A-B)+√2C} Also, the harmonic component is: a 2 =-1/π(A+B-C) a 3 =1/3π{(√2+2)(A-B)+√2C} a 4 =0 a 5 =-1/5π{(√2+2)(A -B)+√2C) a 6 =2/3π(A+B-C) a 7 =1/7π{(2-√2)(A-B)-√2C} a 8 =0 a 9 =1/9π {(√2-2)(A-B)+√2C} a 10 =-1/5π(A+B-C) 〓 〓 Here, B=(1+√2)A C=(2+√2)A ( Therefore, in Figure 4, if we make the relationship l 1 :l 2 =1:√2) becomes. Therefore, becomes. Therefore, the amplitude of the composite signal is

【式】とす ると、基準波成分の振幅は[Formula] and Then, the amplitude of the reference wave component is

【式】とな る。 この信号をローパスフイルタに通すと、基本波
成分は約20dB減衰し、
[Formula] becomes. When this signal is passed through a low-pass filter, the fundamental wave component is attenuated by approximately 20 dB.

【式】となる。 このとき、7次以上の奇数次高調波xoは波形合成
効果で1/n減衰し、フイルタ効果で1/10nに減衰す るので
[Formula] becomes. At this time, the odd-numbered harmonics x o of the 7th order and above are attenuated by 1/n due to the waveform synthesis effect, and to 1/10n due to the filter effect.

【式】となりフイルタ出 力の基本波に対し 40log n 減衰する。これは、例えば7次で34dB、次で
38dB、11次で42dBとなる。 よつて、フイルタ出力では正弦波に極めて近い
信号が得られる。 なお(t1:t2=1:2)の関係は、偶関数のた
め当然である。 入力端子3に加わつたクロツク信号がカウンタ
ー4のクロツク端子CKに入力されることにより、
出力端子Q0〜Q3からはそれぞれのクロツク信号
を1/2〜1/16に分周した出力が出力される。 イクスクルーシブ・オアー回路5に前記カウン
ター4の出力端子Q2,Q3の出力を入力すると共
に、この第1のイクスクルーシブ・オアー回路5
の出力と前記カウンター4の出力端子Q1の出力
とを第2のイクスクルーシブ・オアー回路6の入
力とし、これら第1、第2のイクスクルーシブ
OR回路5,6の出力をそれぞれ第1、第2のD
フリツプフロツプ7,8の制御端子Dに入力す
る。同時に前記入力端子1からのクロツク信号に
同期させてラツチを行ない、第1のDフリツプフ
ロツプ7の端子Qの出力を抵抗R1を介して、ま
た第2のフリツプフロツプ8の端子の出力を抵
抗R2を介して合成することにより0電圧レベル
に対して正負対称な階段波形の信号を得ている。
なお前記抵抗R1,R2の値は第4図のe1とe2の比
を考慮して定めればよい。次に前記階段波形の信
号を演算増幅器10と前記抵抗R1,R2及びコン
デンサC1により形成されるミラー積分回路に入
力して、積分作用により高調波を除去した後さら
に、抵抗R3とコンデンサーC2で構成される第1
のCRフイルター(積分器)と抵抗R4及びコンデ
ンサC3により形成される第2のフイルター(積
分器)の両方によりさらに高調波成分の除去を図
つている。この場合に第3図に示したように、例
えば第1、第2のフイルターのカツトオフ周波数
12をそれぞれ、1=1/1002=10・0に選
び、これら第1のフイルターで0.57゜、第2のフ
イルターで89.43゜の位相遅れがあり、両方で合計
90゜の位相遅れを得ている。前記第1、第2のフ
イルターの周波数0における位相はそれぞれ0゜及
び90゜の近辺にあつて、周波数の変化に対し位相
量の変化の少ない領域にあることになるのでフイ
ルター回路の位相特性は安定に動作する。さら
に、前記第1、第2のフイルターによる位相遅れ
(−90゜)の出力を抵抗R5を介して演算増幅器の一
端子に帰還してある。ミラー積分器の位相進みは
90゜であるので合計すれば0゜(同相)の帰還にな
る。上記構成によれば、階段波発生回路1を6次
以下の高調波成分の少なくなるようにできると共
に、第1、第2のフイルターそれぞれが合成のカ
ツトオフ周波数0で位相的に安定な領域で動作す
る。しかも前記第1、第2のフイルターの出力を
抵抗R5を介して演算増幅10の入力9に直流帰
還することによつて、フイルター回路2を安定に
動作される一方で、実測によれば綜合で、第7次
までの各高調波成分で−60dB以下、また温度変
化(0℃〜100℃)の間の位相変化量±0.5゜以下
という高い高調波減衰度並に安定度を有する正弦
波発生回路が実現できる。なお、上記実施例では
CRフイルターを2段で構成する例を示したが、
これはCRフイルターの各段が位相が安定領域に
ある3個以上の組合せで構成しても良いことはい
うまでもない。 以上説明したように本発明によれば、階段波波
形をミラー積分回路及びそれぞれ位相特性が安定
な領域で動作する複数個のCRフイルター回路と
組み合せ動作させることによつて、安定でしかも
高性能な正弦波発生回路が実現でき、その工業的
価値は大である。
[Formula] becomes, and the fundamental wave of the filter output is attenuated by 40log n. This is, for example, 34 dB for the 7th order, and
38dB, 42dB at the 11th order. Therefore, a signal extremely close to a sine wave can be obtained at the filter output. Note that the relationship (t 1 :t 2 =1:2) is natural since it is an even function. By inputting the clock signal applied to input terminal 3 to clock terminal CK of counter 4,
Output terminals Q0 to Q3 output the respective clock signals divided into 1/2 to 1/16. The outputs of the output terminals Q 2 and Q 3 of the counter 4 are input to the exclusive OR circuit 5, and the first exclusive OR circuit 5
The output of the counter 4 and the output of the output terminal Q1 of the counter 4 are input to a second exclusive OR circuit 6, and these first and second exclusive
The outputs of OR circuits 5 and 6 are connected to the first and second D
It is input to control terminals D of flip-flops 7 and 8. At the same time, latching is performed in synchronization with the clock signal from the input terminal 1, and the output of the terminal Q of the first D flip-flop 7 is connected to the resistor R1 , and the output of the terminal of the second flip-flop 8 is connected to the resistor R2. By synthesizing via the 0 voltage level, a staircase waveform signal having positive and negative symmetry with respect to the 0 voltage level is obtained.
Note that the values of the resistors R 1 and R 2 may be determined by considering the ratio of e 1 and e 2 in FIG. 4. Next, the step waveform signal is input to the Miller integration circuit formed by the operational amplifier 10, the resistors R 1 and R 2 , and the capacitor C 1 to remove harmonics by the integration action . The first consisting of capacitor C 2
The harmonic components are further removed by both the CR filter (integrator) and the second filter (integrator) formed by the resistor R4 and the capacitor C3 . In this case, as shown in FIG. 3, for example, the cutoff frequency of the first and second filters is
1 and 2 are respectively chosen as 1 = 1/10 0 and 2 = 10・0 , and there is a phase delay of 0.57° in the first filter and 89.43° in the second filter, and the total for both is
A phase delay of 90° is obtained. The phases of the first and second filters at frequency 0 are around 0° and 90°, respectively, and are in the region where the amount of phase changes little with respect to changes in frequency, so the phase characteristics of the filter circuit are as follows: Operates stably. Further, the phase-delayed (-90°) outputs from the first and second filters are fed back to one terminal of the operational amplifier via a resistor R5 . The phase lead of the Miller integrator is
Since the angle is 90°, the total feedback is 0° (in-phase). According to the above configuration, the staircase wave generation circuit 1 can be made to have fewer harmonic components of the 6th order and below, and each of the first and second filters operates in a phase-stable region with a combined cutoff frequency of 0 . do. Moreover, by feeding back the outputs of the first and second filters via the resistor R5 to the input 9 of the operational amplifier 10, the filter circuit 2 can be operated stably, and according to actual measurements, the overall It is a sine wave with high harmonic attenuation and stability, with each harmonic component up to the 7th order being -60 dB or less, and the phase change during temperature change (0°C to 100°C) being less than ±0.5°. A generation circuit can be realized. In addition, in the above example
Although we have shown an example of a two-stage CR filter,
It goes without saying that each stage of the CR filter may be composed of a combination of three or more filters whose phases are in the stable region. As explained above, according to the present invention, by operating a staircase waveform in combination with a Miller integrating circuit and a plurality of CR filter circuits each operating in a region where the phase characteristics are stable, stable and high performance can be achieved. A sine wave generating circuit can be realized, and its industrial value is great.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のLCフイルターの位相特性図、
第2図は本発明の一実施例による正弦波発生回路
のブロツク図、第3図a,bはそれぞれそのRC
フイルターの振幅特性図および位相特性図、第4
図、第5図はその要部の信号波形図、第6図は一
般の階段状波形図である。 7,8……フリツプフロツプ、10……演算増
幅器、C1,C2,C3……コンデンサ、R3,R4,R5
……抵抗。
Figure 1 is a phase characteristic diagram of a conventional LC filter.
Fig. 2 is a block diagram of a sine wave generating circuit according to an embodiment of the present invention, and Figs. 3a and 3b show its RC.
Amplitude characteristic diagram and phase characteristic diagram of filter, 4th
5 is a signal waveform diagram of the main part, and FIG. 6 is a general stepped waveform diagram. 7, 8...Flip-flop, 10...Operation amplifier, C1 , C2 , C3 ...Capacitor, R3 , R4 , R5
……resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 時間間隔を1:2、振幅を1:√2に設定し
た階段波発生回路部と、この階段波発生回路部の
出力信号を入力し、位相を90゜進ませ、高次高調
波を除去するミラー積分回路と、このミラー積分
回路の出力信号を入力し、この出力信号の周波数
の10倍の周波数をカツトオフ周波数として0.57゜
位相を遅らせる第1のフイルタと、この第1のフ
イルタの出力信号を入力し、この出力信号の周波
数の10分の1の周波数をカツトオフ周波数として
89.43゜位相を遅らせる第2のフイルタとを備え、
上記第1のフイルタと第2のフイルタの合計の位
相遅れを90゜とし、上記ミラー積分回路の90゜の位
相進みと合成することにより全体として安定な周
波数領域で動作させ、上記階段波発生回路部によ
り5次までの高調波成分を含まないようにし、上
記第1、第2フイルタにより7次以上の高調波成
分を除去することを特徴とする正弦波発生回路。
1 Input the staircase wave generation circuit section with the time interval set to 1:2 and the amplitude 1:√2, and the output signal of this staircase wave generation circuit section, advance the phase by 90 degrees, and remove high-order harmonics. a first filter which inputs the output signal of this Miller integrator circuit and delays the phase by 0.57° with a frequency 10 times the frequency of this output signal as a cutoff frequency; and an output signal of this first filter. and set the cutoff frequency to 1/10 of the frequency of this output signal.
Equipped with a second filter that delays the phase by 89.43°,
The total phase delay of the first filter and the second filter is set to 90 degrees, and by combining with the 90 degrees phase lead of the Miller integration circuit, the staircase wave generation circuit operates in a stable frequency range as a whole. A sine wave generating circuit characterized in that the first and second filters eliminate harmonic components of the seventh order and higher, while the first and second filters remove harmonic components of the seventh order and higher.
JP16166781A 1981-10-09 1981-10-09 Sinusoidal wave generating circuit Granted JPS5862903A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0450421A (en) * 1990-06-20 1992-02-19 Hino Motors Ltd Exhaust gas purifying device used for diesel engine

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JPS59165512A (en) * 1983-03-09 1984-09-18 Canon Inc Eliminating device of higher harmonic wave
US5003709A (en) * 1988-03-31 1991-04-02 Rikio Co., Ltd. Prick-preventing shoe

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