高频精密函数波形发生器的设计.doc

高频精密函数波形发生器设计内容摘要：介绍了一种由MAX038和MC145151构成的精密函数波形发生器，该发生器可输出正弦波、矩形波、三角波信号，输出频率能在8kHz16MHz范围内调整，调整增幅为1kHz，可作为通用的高频精密函数波形发生器。 集成函数波形发生器一般都采用ICL8038或5G8038，而它们只能产生300kHz以下的中低频正弦波、矩形波和三角波，且频率与占空比不能单独调节，从而给使用带来很大不便，也无法满足高频精密信号源的要求。本文介绍由MAX038和MC145151组成的高频精密函数波形发生器，该电路能够产生精确的正弦波、矩形波和三角波信号，频率能以1kHz的间隔在8kHz16.383MHz范围内调整。 1 MAX038功能MAX038是MAXIM公司生产的单片高频精密函数波形发生器，能够产生0.1Hz20MHz的正弦波、矩形波和三角波，最高频率可达40MHz，具有高频特性好、频率范围宽、使用方便灵活的特点。MAX038芯片采用DIP-20封装。（见图1），其管脚功能如下：V+、V-：正负电源端，分别接+5V、-5V电源；GND：2、6、9、11和18脚均为模拟地；A0、A1：波形设定端，设置方法见表1；表1 输出波形设置A0A1波形1正弦波00矩形波10三角波COSC：外接振荡电容端；FADJ、DADJ：分别为频率调节、占空比调节端；IIN：振荡频率控制器的电源输入端；PDI、PDO：为相位比较器的输入、输出端；SYNC：同步输出端；DV+、DGND：分别为数字电路的+5V电源端和数字地；OUT：波形输出端MAX038的内部结构如图2所示，在COSC与GND之间接上电容CF后，利用恒定电流澳CF充电和放电即可形成振荡，从而产生一个三角波和两个矩形波。IIN是灌入IIN端的电流，它受FADJ端电压的控制。振荡频率的计算公式为：F=IIN/CF式中，IIN的允许变化范围是2750A，在10400A时性能最佳。CF的容量范围为20pF100F。通过改变FADJ端的电压可对频率进行粗细调节。假定VFADJ为0V，标称输出频率为f，在VFADJ保持恒定时，输出频率由下式确定：f1=f(1-0.2915VFADJ)不作频率微调时，FADJ端与地之间须接12k电阻。改变DADJ端的电压，能够控制波形的占空比。VDADJ为0V时，占空比为50%。在VDADJ从+2.3V变化到-2.3V时，占空比将从10%变成90%。占空比严格等于50%时，可消除波形失真。2 MC145151管脚功能MC145151是Motorola公司生产的带单模前置换算器接口的并行输入锁相环频率合成器，N计数器范围为316383，还有8个可供用户选择的R值：分别是8、128、256、512、1024、2048、2410或8192。MC145151采用DIP-28脚封装，引脚排列如图3所示，管脚功能如下：Fin:频率输入；RA0RA2：基准地址输入，确定R值；N0N13：N计数器编程输入；T/R：发送/接收偏移地址输入；OSCin，OSCout：分别为基准振荡器的输入和输出；PDout：相位检测器A输出；PDR，PDV：相位检测器B输出；FV：N计数器输出；LD：锁定检测器输出；VDD：接正电源；VSS：接负电源。3 高频精密函数波形发生器图4所示为高频函数波发生器的电路原理图，它能产生精确的正弦波、矩形波和三角波信号。MC145151的RA2，RA1和RA0端开路，相当于输入高电平，R值被设定为8192.振荡频率8.192MHz，经R分频后可得到1kHz的鉴相频率fR。14位开关量S13S0被送到MC145151的N13N0端，以设定N值。MAX038的同步信号SYNC送到Fin端，N分频后与fR比较检出相位，与相位差有关的信号经PDV和PDR输出，并经MAX427变换为2.5V的信号后，送MAX038的FADJ端。由于MAX038与MC145151组成了频率锁相环PLL，输出频率被锁定在NfR,因此函数发生器的输出频率可在8kHz16.383MHz范围内调整，调整增幅为1kHz。例如：S1、S3和S8断开时，输出频率为261kHz。MX7541为12位DAC电路，把S13S2送到MX7541的BIT1BIT12端可进行D/A转换，输出信号再经MAX412变换成2A750A的电流信号，然后送到MAC038的IIN端作为频率粗调信号，以将MAX038的输出频率调到频率锁相环的捕捉范围，然后再由PLL环路将输出频率锁定在S13S0所设定的频率。MAX038的A0、A1端用于设定输出波形，可根据需要接不同的电平。在MAX038的输出端OUT接一个50MHz的低通滤波器可使高频噪声受到阻塞而衰减，从而使16MHz以内的正弦波、矩形波和三角波信号顺利地通过滤波器输出。4 结束语由MAX0