高频精密函数波形发生器设计
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8khz～16mhz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。
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。
