高頻精密函數波形發生器設計

摘要：介紹了一種由MAX038和MC145151構成的精密函數波形發生器，該發生器可輸出正弦波、矩形波、三角波信號，輸出頻率能在8kHz～16MHz范圍內調整，調整增幅為1kHz，可作為通用的高頻精密函數波形發生器。

關鍵詞：函數波形發生器 MAX038 MC145151 信號源

集成函數波形發生器一般都采用ICL8038或5G8038，而它們只能產生300kHz以下的中低頻正弦波、矩形波和三角波，且頻率與占空比不能單獨調節，從而給使用帶來很大不便，也無法滿足高頻精密信號源的要求。本文介紹由MAX038和MC145151組成的高頻精密函數波形發生器，該電路能夠產生精確的正弦波、矩形波和三角波信號，頻率能以1kHz的間隔在8kHz～16.383MHz范圍內調整。

1 MAX038功能

MAX038是MAXIM公司生產的單片高頻精密函數波形發生器，能夠產生0.1Hz～20MHz的正弦波、矩形波和三角波，最高頻率可達40MHz，具有高頻特性好、頻率范圍寬、使用方便靈活的特點。MAX038芯片采用DIP-20封裝。（見圖1），其管腳功能如下：

V+、V-：正負電源端，分別接+5V、-5V電源；

GND：2、6、9、11和18腳均為模擬地；

A0、A1：波形設定端，設置方法見表1；

表1 輸出波形設置

COSC：外接振蕩電容端；

FADJ、DADJ：分別為頻率調節、占空比調節端；

IIN：振蕩頻率控制器的電源輸入端；

PDI、PDO：為相位比較器的輸入、輸出端；

SYNC：同步輸出端；

DV+、DGND：分別為數字電路的+5V電源端和數字地；

OUT：波形輸出端

MAX038的內部結構如圖2所示，在COSC與GND之間接上電容CF后，利用恒定電流澳CF充電和放電即可形成振蕩，從而產生一個三角波和兩個矩形波。IIN是灌入IIN端的電流，它受FADJ端電壓的控制。振蕩頻率的計算公式為：

F=IIN/CF

式中，IIN的允許變化范圍是2～750μA，在10～400μA時性能最佳。CF的容量范圍為20pF～100μF。

通過改變FADJ端的電壓可對頻率進行粗細調節。假定VFADJ為0V，標稱輸出頻率為f，在VFADJ保持恒定時，輸出頻率由下式確定：

f1=f(1-0.2915VFADJ)

不作頻率微調時，FADJ端與地之間須接12kΩ電阻。

改變DADJ端的電壓，能夠控制波形的占空比。VDADJ為0V時，占空比為50%。在VDADJ從+2.3V變化到-2.3V時，占空比將從10%變成90%。占空比嚴格等于50%時，可消除波形失真。

2 MC145151管腳功能

MC145151是Motorola公司生產的帶單模前置換算器接口的并行輸入鎖相環頻率合成器，÷N計數器范圍為3～16383，還有8個可供用戶選擇的÷R值：分別是8、128、256、512、1024、2048、2410或8192。MC145151采用DIP-28腳封裝，引腳排列如圖3所示，管腳功能如下：

Fin:頻率輸入；

RA0～RA2：基準地址輸入，確定÷R值；

N0～N13：N計數器編程輸入；

T/R：發送/接收偏移地址輸入；

OSCin，OSCout：分別為基準振蕩器的輸入和輸出；

PDout：相位檢測器A輸出；

PDR，PDV：相位檢測器B輸出；

FV：N計數器輸出；

LD：鎖定檢測器輸出；

VDD：接正電源；

VSS：接負電源。

3 高頻精密函數波形發生器

圖4所示為高頻函數波發生器的電路原理圖，它能產生精確的正弦波、矩形波和三角波信號。MC145151的RA2，RA1和RA0端開路，相當于輸入高電平，÷R值被設定為8192.振蕩頻率8.192MHz，經R分頻后可得到1kHz的鑒相頻率fR。14位開關量S13～S0被送到MC145151的N13～N0端，以設定N值。MAX038的同步信號SYNC送到Fin端，N分頻后與fR比較檢出相位，與相位差有關的信號經PDV和PDR輸出，并經MAX427變換為±2.5V的信號后，送MAX038的FADJ端。

由于MAX038與MC145151組成了頻率鎖相環PLL，輸出頻率被鎖定在N×fR,因此函數發生器的輸出頻率可在8kHz～16.383MHz范圍內調整，調整增幅為1kHz。例如：S1、S3和S8斷開時，輸出頻率為261kHz。

MX7541為12位DAC電路，把S13～S2送到MX7541的BIT1～BIT12端可進行D/A轉換，輸出信號再經MAX412變換成2μA～750μA的電流信號，然后送到MAC038的IIN端作為頻率粗調信號，以將MAX038的輸出頻率調到頻率鎖相環的捕捉范圍，然后再由PLL環路將輸出頻率鎖定在S13～S0所設定的頻率。

MAX038的A0、A1端用于設定輸出波形，可根據需要接不同的電平。

在MAX038的輸出端OUT接一個50MHz的低通濾波器可使高頻噪聲受到阻塞而衰減，從而使16MHz以內的正弦波、矩形波和三角波信號順利地通過濾波器輸出。

4 結束語

由MAX038和MC145151組成的高頻精密函數波形發生器能提供8kHz～16MHz的正弦波、矩形波和三角波信號。采用頻率鎖相環技術可進一步提高系統的頻率穩定度，因而是一種性能優良的信號發生器，可作為精密通用信號源使用。