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在自動(dòng)操控系統(tǒng)規(guī)劃、 調(diào)試和現(xiàn)代電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域, 常常需求高精度、 高頻率且頻率可便利調(diào)理的正弦波、 矩形波、 三角波等信號(hào)作為信號(hào)源。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的完成辦法一般有以下幾種: (1)用分立元件構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器, 但一般是單函數(shù)發(fā)生器, 其頻率不高, 工作不行安穩(wěn), 不易調(diào)試。(2)由晶體管、 運(yùn)放 IC 等通用器材制造, 多用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器發(fā)生信號(hào)。前期的函數(shù)發(fā)生器芯片如 8038, 其功用較少, 精度不高, 頻率上限只要 300kHz, 無法發(fā)生更高頻率的信號(hào), 調(diào)理方法也不行靈敏, 頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)理, 且相互影響。(3)運(yùn)用直接數(shù) 字 合 成 DDS 芯 片 的 函 數(shù) 發(fā) 生器, 能發(fā)生任意波形并到達(dá)很高的頻率, 但本錢較高。(4)目前多運(yùn)用MAXIM 公司開發(fā)的新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器芯片 MAX038, 其輸出頻率規(guī)模 0.1Hz~20MHz, 輸出電阻 0.1Ω, 非線性失真小于 0.75%,輸出波形有正弦波、 三角波、 鋸齒波、 方波、 脈沖波, 頻率和占空比都易于調(diào)理。因而, MAX038 被稱為高頻精細(xì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。別的,在鎖相環(huán)、 壓控振蕩器、 頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的規(guī)劃上,MAX038 都是優(yōu)選的器材。可是,基 于 MAX038 的 函 數(shù) 信 號(hào) 發(fā) 生 器的頻率和占空比調(diào)理是通過外接可調(diào)電阻來完成的, 這樣很難滿意可調(diào)規(guī)模大、 精度高、 信號(hào)安穩(wěn)的要求。所以, 從設(shè)備的可操作性和實(shí)用性的視點(diǎn)考慮, 依據(jù) MAX038 輸出頻率的數(shù)控調(diào)理原理, 選用微處理器作為操控單元, DAC 和 MAX038 可規(guī)劃成一個(gè)運(yùn)用便利、 精度高的數(shù)字化波形發(fā)生器。

1 MAX038 信號(hào)發(fā)生器的工作原理

MAX038 是一個(gè)具有高頻、 高精度、 低輸出電阻、 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器芯片。MAX038 內(nèi)部含有精細(xì)帶隙電壓參閱、 鑒相器和 TTL 同步輸出, 能以起碼的外 部 元 件 構(gòu) 成 一 臺(tái) 多 波 形 的 高 頻 函 數(shù) 信 號(hào) 發(fā) 生 器 。MAX038 是目前較為抱負(fù)的信號(hào)發(fā)生集成芯片。其內(nèi)部電路框圖如圖 1 所示。

MAX038 芯片的核心部分是一個(gè)電流控制的基本振蕩器, 工作電源采用± 5V, 內(nèi)部提供 2.5V 基準(zhǔn)電源, 通過外接電阻 RIN、 RF 向主振控制器的 IIN 端和 FADJ 端提供頻率粗調(diào)電流和頻率細(xì)調(diào)電壓; 通過電阻 RD 向 DADJ端提供脈沖占空比調(diào)節(jié)電壓。這 3 個(gè)參數(shù)經(jīng)主振控制器處理后, 向振蕩器提供充電電流, 該電流對(duì)外接電容 CF充電和放電, 形成振蕩, 產(chǎn)生三角波信號(hào) A、 B、 C。信號(hào)A 送正弦波形成電路, 產(chǎn)生正弦波; 信號(hào) B、 C 送入比較器 1, 產(chǎn)生方波。正弦波、 方波和三角波被同時(shí)送入波形選擇器, 可以通過和 TTL/CMOS 電平兼容的地址輸入(A0、 A1)來選擇其中的一種波形輸出。 另外信號(hào)A 送入比較器 2, 產(chǎn)生同步信號(hào) SYNC, 供外圍電路使用; 信號(hào) B、 C 送入相位檢測(cè)器, 產(chǎn)生PDO 信號(hào)和 PDI 信號(hào), 供鎖相環(huán)電路使用。

電路的振蕩頻率為:

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

波形的占空比為:

ι /T=0.5- 0.174VDADJ

當(dāng) VFADJ=0V 時(shí), IIN=2~750μ A, 對(duì)應(yīng)中心頻率 f0 為 350: 1的變化范圍; 當(dāng) VFADJ =± 2.4V 時(shí), 調(diào)制頻偏為± 70%。當(dāng)VDADJ =0 時(shí), 波形的占空比為 50%; 當(dāng) VDADJ =± 2.3V 時(shí), 占空比為 10%~90%。在 FADJ 和 DADJ 端口的內(nèi)部, 設(shè)置了 250μ A 的下拉電流源, 可簡化外部電路設(shè)計(jì), 僅用電阻 RF 和 RD 就可以對(duì)頻偏和占空比進(jìn)行調(diào)整。IIN 端口由內(nèi)部的運(yùn)放強(qiáng)制為虛地, 故調(diào)整頻率粗調(diào)電路中的電位器 RIN 就能調(diào)整輸入電流 IIN, 實(shí)現(xiàn)中心頻率的調(diào)節(jié)。手動(dòng)微調(diào)時(shí), 可在 REF 和 FADJ 之間接入可變電阻器 RF , 調(diào)整頻率細(xì)調(diào)電位器RF 可得到所需信號(hào)的頻率值。如果不作頻率微調(diào), FADJ 端不能開路, 必須經(jīng)過 12k 電阻接地, 達(dá)到禁止使用的目的。調(diào)整占空比調(diào)節(jié)電路中的電位器 RD, 改變MAX038 輸入端 DADJ 電壓的大小, 從而改變占空比。

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