微分移相實現50%占空比的波形變換

【摘要】為了將正弦波變換為頻率為其2倍的方波信號，并保證方波低電平的占空比為50%，提出了一種微分移相實現波形變換的方法。該方法電路實現簡單，且方波的占空比不隨輸入信號的頻率而變化。仿真實驗結果表明文中提出方法是有效的。

【關鍵詞】微分移相；波形變換；占空比

1.引言

利用磁傳感器測定轉數的時候需要將正弦信號轉換為方波信號[1]。常見的波形變換電路只能將一個周期的正弦波轉換為一個方波[2]，其原理圖如圖1。合理選擇電阻R2與R1的比值，可以在放大器的輸出端得到與輸入信號同頻率的方波信號。

為了提高計轉數精度，需要將每個周期的正弦信號轉換為兩個周期的方波脈沖。另外，為了使得外圍的單片機電路能夠方便地采集到方波脈沖，需要保證方波的高電平占空比為50%。利用兩個電壓比較器構成的窗口比較器可以完成倍頻功能[3]，即將一個周期的正弦波轉換為兩個周期的方波，但是方波的占空比是變化的：當正弦波的頻率較低時，占空比較高；當正弦波的頻率較高時，占空比較低。為此，本文提出一種基于微分移相電路的正弦波變換方法，該方法可在完成二倍頻的同時保證占空比為50%。

2.微分移相電路原理

微分移相電路的原理圖如圖2當輸入電壓為正弦波時，設 ，則微分電路的輸出電壓為[4]：

由上面的三個式子可以看出輸入信號與輸出信號的相位差相差90度，這就是微分移相的原理。

假定有兩個理想電壓比較器（記為比較器A、比較器B），其反相輸入端均接地；同相輸入端分別接輸入信號與輸出信號，則在正弦波的一個周期內，兩個比較器的輸出如表1所示。觀察比較器的輸出，可得出如下規律：在正弦信號的一個周期內，兩個比較器的輸出進行異或操作的結果狀態變化了兩次——這意味著信號的頻率變為原來的兩倍；同時狀態變化的時刻分別輸入信號的相位為0度、90度、180度、270度的時刻，這正好保證了高電平與低電平的比值為1：1——亦即實現了方波的占空比為50%的目標。

3.波形變換的工程實現

根據前面的描述，可繪制出波形變換的電路原理圖，如圖3所示。電路主要由運算放大器、比較器、異或門及相應的電阻電容組成。

輸入的正弦信號分兩路進行處理：一路經過運算放大器U2A、比較器U1A進行處理，處理的結果送入異或門的U3A的輸入端；另一路經過由運算放大器U2B組成的移相電路、比較器U1B進行處理，處理的結果送入異或門的U3A輸入端；異或門U3A的輸出即為二倍頻的方波信號，且其占空比恒定為50%。

4.結論

文中給出了一種微分移相原理的正弦信號轉換為方波信號的倍頻電路，且方波的占空比不隨輸入信號的頻率而變化。該電路實現簡單，僅需要兩個運算放大器、兩個比較器與一個異或門即可完成波形變換。仿真實驗結果表明，本文提出的微分移相電路能夠滿足50%占空比的要求。

參考文獻

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