【正文】 不高 ， 其工作不很穩(wěn)定 ， 不易調(diào)試。 方案二：可以由晶體管、運(yùn)放 IC 等通用器件制作 ， 更多的則是用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 IC 產(chǎn)生。早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 IC， 如 8038 等 ， 它們的功能較少 ， 精度不高 ， 頻率上限只有 300KHz， 無法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào) ，徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 3 調(diào)節(jié)方式也不夠靈活 ， 頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié) ， 二者互相影響。 方 案三：利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形 ， 達(dá)到較高的頻率 ，且易于調(diào)試。鑒于此 ， 美國(guó)馬克西姆公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038， 它克服了方案二中芯片的缺點(diǎn) ， 可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo) ，是上述芯片望塵莫及的。 MAX038 頻率高、精度好 ， 因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 IC。在鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上 ， MAX038 都是優(yōu)選的器件。 方案四：利用專用直接數(shù)字合成 DDS 芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。 通過對(duì)以上四種方案的比較 ， 我們可 以看出幾種方案的優(yōu)缺點(diǎn)： 方案一：結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單 ， 制作容易 ， 但是輸出信號(hào)有頻率線性度差、頻率穩(wěn)定度低、頻率分辨率低、頻率變換時(shí)間比較長(zhǎng) ， 相位噪聲大以及人機(jī)界面不友好等缺點(diǎn)。 方案二：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 但在頻率分辨率、頻率變換時(shí)間、相位噪聲等方面都不如方案三。 方案三：結(jié)構(gòu)相對(duì) 復(fù)雜 ， 但具有輸出頻率穩(wěn)定性高 ， 頻率輸出線形度好、頻率分辨度高、波形正確 ， 頻率變換時(shí)間小 ， 相位噪聲小、人機(jī)界面好、易于控制等優(yōu)點(diǎn)、性能優(yōu)良。 方案四：能產(chǎn)生任意波形且達(dá)到很高的頻率 ， 但是成本較高。 基于我們的選擇標(biāo)準(zhǔn) —— 在滿足工作要求的前提下 ， 性 價(jià)比高的 發(fā)生器是我們的首選。從上面的比較可以看出 ， 方案一 和方案二都有各自較大的缺點(diǎn) ， 難以達(dá)到理想的設(shè)計(jì)要求。而方案四雖然能達(dá)到很好的要求 ， 但是從價(jià)格方面考慮我們還是選擇方案三較好。 MAX038 芯片介紹 MAX038 是美國(guó) MAXIM（馬克希姆）公司應(yīng)市場(chǎng)的需求而研制的單片集成高頻精密函數(shù)發(fā)生器 ， 具有較高的頻率特性、頻率范圍很寬、功能較全、單片集成化、外圍電路簡(jiǎn)單、使用方便靈活等特點(diǎn)。內(nèi) 有 主振蕩器、波形變換電路、波形選擇多路開關(guān)、 基準(zhǔn)電壓源、相位檢測(cè)器、同步脈沖輸出及波形輸出驅(qū)動(dòng)電路徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 4 等。其主 要優(yōu)點(diǎn)有： 1)能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波信號(hào)。 2)頻率范圍從 ～ 20MHz， 最高可達(dá) 40MHz， 各種波形的輸出幅度均為 2V 3)占空比調(diào)節(jié)范圍寬 ， 占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié) ， 二者互不影響 ， 占空比最大調(diào)節(jié)范圍是 10％～ 90％。 4)波形失真小 ， 正弦波失真度小于 ％ ， 占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于 2％。 5）采用 177。5V 雙電源供電 ， 允許有 5％變化范圍 ， 電源電流為 80mA， 典型功耗 400mW，工作溫度范圍為 0～ 70℃ 。 6)低溫度漂移： 200 PPM／ ℃ 。 7)低阻抗輸出緩沖器： ； 8)內(nèi)設(shè) 電壓基準(zhǔn) ， 可利用該電壓設(shè)定 FADJ、 DADJ 的電壓值 ， 實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。 芯片引腳 1 82 01 91 71 61 51 41 31 21 11254367891 0O U TV G N DV +D V +D G N DS Y N CP D IP D OG N DI I NG N DF A D JD A D JC O S CA 1A 0R E FG N DG N DM A X IMM A X 0 3 8 圖 MAX038 引腳圖 表 MAX038 引腳名稱及功能 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 5 引腳號(hào) 名 稱 功 能 1 REF V 帶隙基準(zhǔn)電壓輸出端 2 GND 地 3 A0 波形選擇輸入端， TTL／ CMOS 兼容 4 A1 波形選擇輸入端， TTL／ CMOS 兼容 5 COSC 外部電容連接端 6 GND 地 7 DADJ 占空比調(diào)整輸入端 8 FADJ 頻率調(diào)整輸入端 9 GND 地 10 Iin 用于頻率控制的電流輸入端 11 GND 地 12 PDO 相位檢波器輸出端。如果不用相位檢波器則接地 13 PDI 相位檢波器基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入端。如果不用相位檢波器則接地 14 SYNC TTL／ CMOS 兼容的同步輸出端，可由 DGND 至 DV+間的電壓作為基準(zhǔn) 15 DGND 數(shù)字地。讓他開路使 SYNC 無效，或是 SYNC 不用 16 DV+ 數(shù)字 +5 V 電源。如果 SYNC 不用則讓他開路 17 V+ +5 V 電源 18 GND 地 19 OUT 正弦波、方波或三角波輸出端 20 V 5 V 電源 主 振 器主 振 控 制 器基 準(zhǔn) 電 壓 源正 弦 波形 成 器方 波 形 成 器比 較 器相 位 檢 測(cè) 器多 路 選 擇 器1 72 056C O S CG N DF A D JD A D J871 0CIRRR 2 5 0 V A1V R E F2 . 5 VV +V 5 V+ 5 V正 弦三 角 波方 波A 0A 1輸 出 級(jí)341 9+ 5 V1 5 1 6D V +O U TR L C LS Y N CP D 0P D 11 41 21 32 、 9 、 1 1 、 1 8G N DO S C AO S C BD G N D 圖 MAX038 內(nèi)部電路圖 MAX038 內(nèi)部還有正弦整形電路、比較器、復(fù)用器以及鑒相器電路，它們共同實(shí)現(xiàn)了正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波和脈沖波的生成。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 6 鑒相器是作為鎖相環(huán)的備用單元，為異或門電路結(jié)構(gòu)，輸入信號(hào)一路來自內(nèi)部差動(dòng)矩形波 OSCA 和 OSCB，另外一路來自外部引腳 PDI。鑒相器的輸出信號(hào)為電流，由 PDO 引腳輸出 平均值變化范圍為 0~550 A? 。當(dāng)兩路輸入信號(hào)的相位差為 90 時(shí)，輸出電流的占空比為 50%，平均值為 250A? 。如果構(gòu)成鎖相環(huán)路，則 PDO 和 FADJ 相連，并且對(duì)地連接一個(gè)電阻 PDR ，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)電容 PDC 。 PDR決定鑒相器的靈敏度， PDC 用于濾除電流中的高頻成分。 系統(tǒng)框圖及原理 如圖 所示 ， 采 用單片機(jī) AT89C52 對(duì)主信號(hào)發(fā)生芯片進(jìn)行智能 控制 ， 對(duì)MAX038 產(chǎn)生的波形信號(hào)進(jìn)行頻率 高低 ， 占空比 大小 ， 幅度 范圍 的 控制 ， 以及產(chǎn)生波形的選擇控制。 5 2 單 片 機(jī) 4 4 鍵 盤M A X 0 3 8波 形 選 擇占 空 比 調(diào) 節(jié)頻 率 調(diào) 節(jié)放 大 電 路波 形 輸 出 圖 系統(tǒng)框圖 MAX038 的輸出頻率主要受振蕩電容 CF ， IIN 端電流和 FADJ 端電壓的控制 ， 其中前二者與輸出頻率的關(guān) 系如圖 所示。選擇一個(gè) CF 值 ， 對(duì)應(yīng) IIN 端電流的變化 ， 將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外 ， 改變 FADJ 端的電壓 ， 可以在IIN 控制的基礎(chǔ)上 ， 對(duì)輸出頻率實(shí)現(xiàn)微調(diào)控制。為實(shí)現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整 ， 在IIN 端和 FADJ 端分別連接一個(gè)電壓輸出的 DAC。首先 ， 通過 DACB 產(chǎn)生 0V(00H)到 (0FFH)的輸出電壓 ， 經(jīng)電壓 / 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) ， 產(chǎn)生 0μ A 到 748μ A 的電徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 7 流 ， 疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的 2μ A電流 ， 最終對(duì) IIN 端形成 2μ A到 750μ A 的工作電流 ， 使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。 DACB 將此工作電流 范圍分為 256 級(jí)步進(jìn)間隔 ， 輸出頻率范圍也被分為 256 級(jí)步進(jìn)間隔。所以 ， IIN 端的電流對(duì)輸出頻率實(shí)現(xiàn)粗調(diào)。第二步 ， 通過 DACA 在 FADJ端產(chǎn)生一個(gè)從 (00H)到 + (0FFH)的電壓范圍 ， 該范圍同樣包含 256 級(jí)步進(jìn)間隔 ， IIN 端的步進(jìn)間隔再次細(xì)分為256 級(jí)步進(jìn)間隔 ， 從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)微調(diào)。 頻段 調(diào)節(jié)控制 MAX038的輸出頻率和 CF電容與 IIN 端的電流間的關(guān)系如表 所示。固定一個(gè) CF值 ， 當(dāng) IIN 端的電流從 2A? 到 750A? 的變化時(shí) ， 對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)頻段的頻率范圍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)整 ， 我們選擇了一系列的 CF 如表 所示 ， 并確定了各 CF所對(duì)應(yīng)的頻段和頻率范圍 12ff? 。由于系統(tǒng)通過 DAC 控制 IIN 端電流和 FADJ 端電壓 ， 將各頻段的頻率范圍劃分為 65536 級(jí)間隔 ， 因此各頻段的輸出誤差為 ( 1 2 ) / 6 5 5 3 6f f f? ? ? 0 . 111 01 0 01 K1 0 K1 0 M1 0 0 M1 0 0 K1 M1 0 011 0 1 0 0 0I I N電 流1 0 0 n f1 0 n f1 n f1 0 0 n f3 3 p f1 0 0 p f3 3 p f1 0 p f 圖 輸出頻率與 IIN 電流及振蕩電容 CF 的關(guān)系 此外 ， 由于相鄰頻段之間存在著頻率重疊現(xiàn)象，并 且考慮到各 個(gè)頻段對(duì)應(yīng)的徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 8 誤差大小有所差異 ， 因此設(shè)定各頻段的實(shí)際起止頻率圍 ： f3～ f4， 以便 獲得最小的誤差。 表 輸出波形頻率范圍與 CF的關(guān)系表 頻段號(hào) CF f1(2181。A) f2(750181。A) Δ f f3 f4 1 10pF 200kHz 65MHz 1kHz 600kHz 10MHz 2 1nF 2kHz 650kHz 10Hz 6kHz 600kHz 3 100nF 20Hz 60Hz 6kHz 4 10181。F 65Hz 60Hz 在 5 腳 COCS 和 6腳 GND 接上電容 FC 以后 ， 10 腳 IIN 是頻率控制的電流輸入端 ，利用恒定電流 INI 向電容 FC 充電和放電 ， 便可形成振蕩。 INI 是受 8腳 FADJ 和 7腳 DADJ 端電壓的控制 ， 振蕩頻率由下式確定。 0 2 .5IN REFF IN F IN FI VF C R C R C? ? ? () 因?yàn)槲覀円蟮念l率范圍在 ～ 10MHz， 分四個(gè)頻段來滿足要求 ， 在每個(gè)頻段上連續(xù)可調(diào) ， 由芯片內(nèi)部參數(shù)可知道 ， 當(dāng) 2 ~ 750INI A A??? 時(shí) ， FC 的容量范圍可以在 10 ~10pF F? 時(shí) ， 芯片有較好的性能。 因此 ， 有（ ）式可知 REF