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波形产生集成电路MAX038 概述MAX038是美国马克西姆公司开发的新一代函数信号发生器 MAX038设计的简易信号发生器电路结构简单 虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器 但满足一般的实验要求是不成问题的 MAX038的性能特点 1 能精密地产生三角波 锯齿波 矩形波 含方波 正弦波信号 2 频率范围从0 1Hz 20MHz 最高可达40MHz 各种波形的输出幅度均为2V P P 3 占空比调节范围宽 占空比和频率均可单独调节 二者互不影响 占空比最大调节范围是15 85 4 波形失真小 正弦波失真度小于0 75 占空比调节时非线性度低于2 5 采用 5V双电源供电 允许有5 变化范围 电源电流为80mA 典型功耗400mW 工作温度范围为0 70 6 内设2 5V电压基准 可利用该电压设定FADJ DADJ的电压值 实现频率微调和占空比调节 7 低阻抗定压输出 输出电阻典型值0 1欧姆 具有输出过载 短路保护 8 内部功能齐全 外围电路简单 使用方便 引脚排列 MAX038采用20脚双列直插式封装 各管脚排列如图所示 引脚功能 引脚功能说明如下 1 REF基准电源2 50V输出 2 6 9 11 18 GND接地 5个地内部不相连 需外部连接 3 A0波形选择输入 兼容TTL COMS电平 4 A1波形选择输入 兼容TTL COMS电平 5 COSC外接振荡电容器COSC 7 DADJ脉冲波占空比调节输入 8 FADJ振荡频率调节 电压输入 引脚功能 10 IIN振荡频率参考电流输入 12 PDO相位检测器输出 如果不使用相位检测器则接地 13 PDI相位检测器同步信号输入 如果不用相位检测器则接地 14 SYNC同步脉冲输出 由DGND至DV 间的电压作基准 允许用外部信号同步内部振荡器 兼容TTL COMS电平如果不用则悬空 15 DGND数字电路部分接地开路时则禁止SYNC或未使用SYNC 16 DV 数字电路 5V电源输入端 如果不用SYNC可悬空 17 V 电源 5V输入端 19 OUT信号输出端 20 V 电源 5V输入端 工作原理 MAX038的内部框图如下图所示 主要包括主振器 主振控制器 2 50V基准电压源 正弦波形成器 方波形器 比较器 多路选择器 输出级和相位检测器 在COSC与COM之间接上振荡电容Cr 利用恒定电流IIN向Cr充电和放电 即可形成振荡 产生一个三角波和两个矩形波 图中 振荡器输出的三角波经正弦波形成器变换成等幅 低失真的正弦波 多路模拟开关则从输入的正弦波 三角波和矩形波中选择一种 作为输出 波形种类由地址A0 A1的逻辑电平来设定 与此同时 三角波还经过比较器从SYNC端输出 可作为外部振荡器的同步信号 内部框图 基本工作电路 输出振荡频率控制 输出频率与外接振荡电容器COSC的容量 参考电流IIN及频率调节电压VFADJ有关 当VFADJ 0V时 输出振荡频率由下式决定 F0 MHZ IIN A CF PF 式中 IIN为当前输入到IIN的电流 2uA IIN 750uA IIN可由电流源IIN或电压源VIN与电阻RIN串联来驱动 接在REF和IIN之间的电阻就可产生IIN 使用电压源与电阻串联的振荡器振荡频率按F0 MHz Vin Rin Cf pF 计算 推荐的参考电流IIN范围 10uA到400uA CF 外接振荡电容器COSC的容量 20pf COSC 100uf 输出振荡频率控制 一旦由IIN设置F0后 输出频率还可以由VFADJ调节 FADJ上的电压变化范围从 2 4V到 2 4V 由FADJ调节的频率输出范围是FADJ 0时的0 3倍到1 7倍 如果超出了 2 4v会导致输出频率的不稳定 当已知VFADJ时 频率为FX FO 1 0 12915 VFADJ 而输出信号周期为tX to 1 0 12915 VFADJ 其中 to为VFADJ 0V时的输出信号周期 接在REF 2 5V 和FADJ之间的可变电阻RF可调整频率 RF阻值按RF VREF VFADJ 250 uA 计算 占空比调节 改变DADJ端的电压 能控制波形的占空比D 当VDADJ 0V时 D 50 VDADJ 2 3 2 3v时 D从15 变化到85 欲获得完全对称的正弦波 需加一个校准电压VDADJ 允许范围是 100 100mV 经校准后可使D严格等于50 占空比的计算公式为 D 50 17 4VDADJ 需要指出的是 在调节占空比时应尽量避免输出频率改变 仅当D 15 85 且25uA IIN 250uA时 对F0的影响最小 F0 2 输出波形的选择 输出波形由波形选择输入端A0 A1的状态确定 A1 1 A0 X输出正弦波 A1 0 A0 0输出方波 脉冲波 A1 0 A0 1输出三角波 锯齿波 另外 如果将13 PDI 脚输入的外同步信号经内部相位检测器与振荡频率进行相位比较 相差信号从12脚输出再反馈到8脚可构成锁相环 实现外同步 SYNC输出 SYNC可输出方波来同步外部电路 其上升沿与正弦波或三角波上升通过0V时的点重合 当选用方波时 SYNC上升沿发生在输出方波正半周的中点 即超前输出信号90 SYNC的占空比固定为50 SYNC在DGND和DV 上产生的高速瞬变电流会辐射能量至输出信号中 产生窄的尖脉冲 集成电路插座的电感和电容会增大这种效应 SYNC由单独的地和电源引脚 DGND和DV 供电 如果不需和外部电路同步 将DV 开路以断开SYNC电源而抑制尖峰 相位检测器 MAX038中的相位检测器可用在使其输出与外部信号同步的锁相环中 外部信号源接到相位检测器输入 PDI 由PDO得到相位检测输出 PDO通常接到FADJ引脚以及一个电阻RPD和一个电容CPD至地 RPD控制相位检测器增益 PDO输出在0uA至500uA之间变化的矩形电流脉冲串 当其与PDI相位正交 相位差90 时有50 的占空比 当相位差为180 时 占空比为100 相反 当相位差为0 时 占空比为0 相位检测器 相位检测器的增益KD由下式表达 KD 0 1318 RPD 其中RPD为相位检测器增益设置电阻 当环锁住时 输出信号与相位检测器接近相位正交 占空比为50 PDO的平均电流为250uA FADJ的吸入电流 该电流由FADJ和RPD分离 但总有250uA进入FADJ 其余电流则在RPD上分流以产生VFADJ RPD越大 则一定的相位差时VFADJ越大 锁相环增益越大 同步范围就越小 因为PDO输出的电流给CPD充电 所以VFADJ的变化率 锁相环带宽 和CPD成反比