高频精密函数波形发生器设计

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；
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