在自动操控系统规划、 调试和现代电子学的各个领域, 常常需求高精度、 高频率且频率可便利调理的正弦波、 矩形波、 三角波等信号作为信号源。函数信号发生器的完成办法一般有以下几种: (1)用分立元件构成的函数发生器, 但一般是单函数发生器, 其频率不高, 工作不行安稳, 不易调试。(2)由晶体管、 运放 IC 等通用器材制造, 多用专门的函数信号发生器发生信号。前期的函数发生器芯片如 8038, 其功用较少, 精度不高, 频率上限只要 300kHz, 无法发生更高频率的信号, 调理方法也不行灵敏, 频率和占空比不能独立调理, 且相互影响。(3)运用专用直接数 字 合 成 DDS 芯 片 的 函 数 发 生器, 能发生任意波形并到达很高的频率, 但本钱较高。(4)目前多运用MAXIM 公司开发的新一代专用函数信号发生器芯片 MAX038, 其输出频率规模 0.1Hz~20MHz, 输出电阻 0.1Ω, 非线性失真小于 0.75%,输出波形有正弦波、 三角波、 锯齿波、 方波、 脉冲波, 频率和占空比都易于调理。因而, MAX038 被称为高频精细函数信号发生器。别的,在锁相环、 压控振荡器、 频率合成器、脉宽调制器等电路的规划上,MAX038 都是优选的器材。可是,基 于 MAX038 的 函 数 信 号 发 生 器的频率和占空比调理是通过外接可调电阻来完成的, 这样很难满意可调规模大、 精度高、 信号安稳的要求。所以, 从设备的可操作性和实用性的视点考虑, 依据 MAX038 输出频率的数控调理原理, 选用微处理器作为操控单元, 联系DAC 和 MAX038 可规划成一个运用便利、 精度高的数字化波形发生器。

1 MAX038 信号发生器的工作原理

MAX038 是一个具有高频、 高精度、 低输出电阻、 驱动能力强的函数信号发生器芯片。MAX038 内部含有精细带隙电压参阅、 鉴相器和 TTL 同步输出, 能以起码的外 部 元 件 构 成 一 台 多 波 形 的 高 频 函 数 信 号 发 生 器 。MAX038 是目前较为抱负的信号发生集成芯片。其内部电路框图如图 1 所示。

MAX038 芯片的核心部分是一个电流控制的基本振荡器, 工作电源采用± 5V, 内部提供 2.5V 基准电源, 通过外接电阻 RIN、 RF 向主振控制器的 IIN 端和 FADJ 端提供频率粗调电流和频率细调电压; 通过电阻 RD 向 DADJ端提供脉冲占空比调节电压。这 3 个参数经主振控制器处理后, 向振荡器提供充电电流, 该电流对外接电容 CF充电和放电, 形成振荡, 产生三角波信号 A、 B、 C。信号A 送正弦波形成电路, 产生正弦波; 信号 B、 C 送入比较器 1, 产生方波。正弦波、 方波和三角波被同时送入波形选择器, 可以通过和 TTL/CMOS 电平兼容的地址输入(A0、 A1)来选择其中的一种波形输出。 另外信号A 送入比较器 2, 产生同步信号 SYNC, 供外围电路使用; 信号 B、 C 送入相位检测器, 产生PDO 信号和 PDI 信号, 供锁相环电路使用。

电路的振荡频率为:

f=f0(1- 0.2915VFADJ)=IIN(1- 0.2915VFADJ)/CF

波形的占空比为:

ι /T=0.5- 0.174VDADJ

当 VFADJ=0V 时, IIN=2~750μ A, 对应中心频率 f0 为 350: 1的变化范围; 当 VFADJ =± 2.4V 时, 调制频偏为± 70%。当VDADJ =0 时, 波形的占空比为 50%; 当 VDADJ =± 2.3V 时, 占空比为 10%~90%。在 FADJ 和 DADJ 端口的内部, 设置了 250μ A 的下拉电流源, 可简化外部电路设计, 仅用电阻 RF 和 RD 就可以对频偏和占空比进行调整。IIN 端口由内部的运放强制为虚地, 故调整频率粗调电路中的电位器 RIN 就能调整输入电流 IIN, 实现中心频率的调节。手动微调时, 可在 REF 和 FADJ 之间接入可变电阻器 RF , 调整频率细调电位器RF 可得到所需信号的频率值。如果不作频率微调, FADJ 端不能开路, 必须经过 12k 电阻接地, 达到禁止使用的目的。调整占空比调节电路中的电位器 RD, 改变MAX038 输入端 DADJ 电压的大小, 从而改变占空比。

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