本发明专利技术提出了一种降低数字合成正弦波谐波噪声的系统和方法，包括频率和相位控制器、数字合成正弦波电路、谐波抵消函数产生电路、加法电路和低通滤波器，利用谐波抵消函数产生电路，根据设定的频率，控制数字合成正弦波电路产生一个阶梯型正弦波，同时控制谐波抵消函数产生电路产生一个与阶梯型正弦波同步的“谐波抵消函数波”，这两个信号经过加法电路叠加后，输出信号中的基波信号和Ｍ－１次谐波分量不被抵消，其它谐波分量明显减小，再通过低通滤波器，合适选取截止频率，滤除远离基波的Ｍ－１次和更高次谐波，就能得到谐波噪声很小的正弦波信号。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计量、控制领域，特别是。
技术介绍
正弦波作为测试或载波信号，具有广泛的应用，是最重要和最基本的波形，在实际 应用中，如何降低正弦波产生过程中的谐波噪声，是一个很基本也很重要的研究课题。数字 合成正弦波，是一个以数字模拟转换器(D/A转换器)为核心，用矩形台阶拟合产生正弦波 信号的技术，它在计量、控制等领域有着广泛的应用。通过试验和分析表明，一般数字合成 正弦波具有较大的谐波噪声，要产生低噪声的正弦波， 一般通过后续的高阶低通滤波进行 改善，但要求频率可调时，后续的滤波电路设计和实现是非常困难，特别是要产生频率可调 的高精度低噪声数字合成正弦波时，几乎无法实现。
技术实现思路
为了产生频率可调的高精度低噪声数字合成正弦波，本专利技术提出了，能有效降低数字合成正弦波谐波噪声。 本专利技术的技术方案如下 —种降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，包括频率和相位控制器、数字合成正弦波电路、谐波抵消函数产生电路、加法电路和低通滤波器，所述频率和相位控制器同时连接数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路，所述数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路分别连接至加法电路，加法电路与低通滤波器连接。 所述数字合成正弦波电路根据频率和相位控制器设定的频率产生一个阶梯型正弦波，所述谐波抵消函数产生电路根据频率和相位控制器设定的频率产生一个与阶梯型正弦波同步的谐波抵消信号，所述加法电路将阶梯型正弦波信号与谐波抵消信号叠加后得到部分谐波分量已被抵消或被减小的输出信号。 所述数字合成正弦波电路为EPR0M和DAC组成的电路，输出的阶梯型正弦波信号 为「____， 广,、 T, 2W _1 . 2;r . 、,,/r(/ + 1)7^ 、/(,)二K^^.sm^^，当^S/〈^^时..............................(1) 式(1)中 Vi-—为D/A转换器参考电压，V ; f(t)-—为合成正弦波瞬时电压，V ; N—-为D/A转换器的位数； T-—为正弦波周期，s; t—_为时间，s; i = 0， 1，2，3， .........， M. 所述谐波抵消函数产生电路为EPROM和DAC及其1/2N衰减器组成的电路，输出的 谐波抵消函数波信号为w， w222W .i [(2'i、 . 2;r ,i/，w ■!、 . 2tt . -(2 — l)sin——z当〖时…. …(6)式(6)中(2W -l)'sin二77'表示对(2W _1)^11^/截断取整( 所述频率和相位控制器为CPU控制，能够根据设定频率产生EPROM寻址编码序列， 给数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路同时提供相同的寻址编码序列。 所述加法电路是由精密交流电阻器和运算放大器组成的反相加法器，输出电压信 号函数为 /(:)=/(,)+................................................(7) 所述低通滤波器为高阶巴特沃斯低通滤波器。 —种降低数字合成正弦波谐波噪声的方法，包括以下步骤 1)首先，在上述降低数字合成正弦波谐波噪声的系统中的数字合成正弦波电路的 EPROM中存入正弦波数据表，在谐波抵消函数产生电路的EPROM中存入谐波抵消函数波数 据表； 2)频率和相位控制器根据设定的频率，控制数字合成正弦波电路产生一个阶梯 型正弦波，同时控制谐波抵消函数产生电路产生一个与阶梯型正弦波同步的谐波抵消函数 波； 3)将谐波抵消函数波经过2W衰减后和阶梯型正弦波通过加法电路进行叠加，叠加 后的输出信号与阶梯型正弦波相比，基波和M-1次谐波不变，其它谐波分量得到有效抵消； 4)将叠加抵消后的输出信号通过低通滤波器，合适选取截止频率，使其能有效滤 除M-1次以上谐波而不影响基波精度，将远离基波的M-1次和更高次谐波滤除后，得到谐波 噪声很小的正弦波信号。 所述步骤1)中，是利用计算机，根据公式(1)计算出正弦波数据表，存入数字合成 正弦波电路的EPROM中，再利用计算机，根据公式(6)并放大2M咅后计算出谐波抵消波数 据表，存入谐波抵消函数产生电路的EPROM中。 所述步骤2)中，频率和相位控制器为CPU控制，根据设定的频率，产生EPROM寻址 编码序列，将相同的寻址编码序列同时送入数字合成正弦波电路中的EEPROM和谐波抵消 函数产生电路中的EEPROM， 所述步骤3)中，低通滤波器采用高阶巴特沃斯低通滤波器，选用一个固定截止频率的滤波电路，无需调节滤波电路参数。 本专利技术的技术效果 本专利技术提出了一种谐波抵消法，利用谐波抵消函数产生电路，根据设定的频率， 控制数字合成正弦波电路产生一个阶梯型正弦波，同时控制谐波抵消函数产生电路产生一 个与阶梯型正弦波同步的谐波抵消信号，这两个信号经过加法电路叠加后，输出信号中的基波信号和M-l次谐波分量不被抵消，其它谐波分量明显减小，再通过低通滤波器，合适选取截止频率，滤除远离基波的M-l次和更高次谐波，就能得到谐波噪声很小的正弦波信号。具体的分析如下 (1)阶梯型正弦波信号特性分析 阶梯型正弦波信号是一个奇函数，故可将其展成一个正弦级数<formula>formula see original document page 6</formula>用四舍五入函数R[]实现截断取整，有<formula>formula see original document page 6</formula>对于基波，k = l，有<formula>formula see original document page 6</formula>同频信号正交，将取得极大值，也是最大值。对于M-l次谐波，k = M-l，有<formula>formula see original document page 7</formula>也为同频信号正交，将取得另一个极大值，但其幅值比k二 l衰减了 (M-l)倍<formula>formula see original document page 7</formula>分析偶次谐波情况，先看式(11)中的部分函数<formula>formula see original document page 7</formula>对于偶次谐波，k = 2n， (n = 1，2，3，……)因此有67 = ,, ,-sin-〉 pm = 0同理可得当k为奇数时，k = 2n+l， (n = 1，2，3，)，有A. m、=因此有<formula>formula see original document page 7</formula>必要时，可以利用式(18)减少计算量。利用公式(19)，用计算机数值计算可得基波和各次谐波分j<formula>formula see original document page 8</formula>[OO75] 例如M = 128， N = 16，计算结果见表l，其频谱特性见图2。&l本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，包括频率和相位控制器、数字合成正弦波电路、谐波抵消函数产生电路、加法电路和低通滤波器，所述频率和相位控制器同时连接数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路，所述数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路分别连接至加法电路，加法电路与低通滤波器连接。
【技术特征摘要】
一种降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，包括频率和相位控制器、数字合成正弦波电路、谐波抵消函数产生电路、加法电路和低通滤波器，所述频率和相位控制器同时连接数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路，所述数字合成正弦波电路和谐波抵消函数产生电路分别连接至加法电路，加法电路与低通滤波器连接。2. 根据权利要求1所述的降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，所述数 字合成正弦波电路根据频率和相位控制器设定的频率产生一个阶梯型正弦波，所述谐波抵 消函数产生电路根据频率和相位控制器设定的频率产生一个与阶梯型正弦波同步的谐波 抵消信号，所述加法电路将阶梯型正弦波信号与谐波抵消信号叠加后得到部分谐波分量已 被抵消或被减小的输出信号。3. 根据权利要求1所述的降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，所述数 字合成正弦波电路为EPR0M和DAC组成的电路，输出的阶梯型正弦波信号为。、 1 2WMM A/式(1)中-一为D/A转换器参考电压，V ; f(1)(t)为合成正弦波瞬时电压，V;N-—为D/A转换器的位数； T-一为正弦波周期，S; t-一为时间，S ;i = 0， 1，2，3， .........， M.M-—为周期内插点数；所述谐波抵消函数产生电路为EPROM和DAC及其1/2N衰减器组成的电路，输出的谐波 抵消函数波信号为时.……(6)式(6)中7 2W .i [(2'2;r 1) sin——/ Af/ <(IF(2'、1).2;r ——j A/表示对(2'力-sin^^'截断取整。4. 根据权利要求1所述的降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，所述频 率和相位控制器为CPU控制，能够根据设定频率产生EPROM寻址编码序列，给数字合成正弦 波电路和谐波抵消函数产生电路同时提供相同的地址编码序列。5. 根据权利要求1所述的降低数字合成正弦波谐波噪声的系统，其特征在于，所述加 法电路是由精密交流电阻器和运算放大器组成的反相加法器，输出电压信...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，潘攀，严明，冯文武，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五一四研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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