高频精密函数波形发生器设计

2006-05-07 15:49:43来源: 国外电子元器件

关键词:函数波形发生器  MAX038  MC145151  信号源

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8kHz~16.383MHz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0.1Hz~20MHz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

A0 A1 波形
× 1 正弦波
0 0 矩形波
1 0 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2~750μA,在10~400μA时性能最佳。CF的容量范围为20pF~100μF。

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12kΩ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3~16383,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;

RA0~RA2:基准地址输入,确定÷R值;

N0~N13: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S13~S0被送到MC145151的N13~N0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N×fR,因此函数发生器的输出频率可在8kHz~16.383MHz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S13~S2送到MX7541的BIT1~BIT12端可进行D/A转换,输出信号再经MAX412变换成2μA~750μA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S13~S0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MAX038和MC145151组成的高频精密函数波形发生器能提供8kHz~16MHz的正弦波、矩形波和三角波信号。采用频率锁相环技术可进一步提高系统的频率稳定度,因而是一种性能优良的信号发生器,可作为精密通用信号源使用。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/measure/200605/1859.html
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