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最新消息| 頻率可調信號源的設計分析 | 2022-04-22 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"http://www.eepw.com.cn/article/254444.htm" 0引言在現代電子測量技術的研究及應用領域，常常需要高精度且頻率可調的信號源，信號源產生電路可以由RC震蕩電路、LC震蕩電路以及由555定時器構成的震蕩電路制成，更多的則是用專門的函數信號發生器IC產生，如ICL8038、BA205、XR22072209等，但它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有300kHz,無法產生更高頻率的信號，另外調節方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調節，二者互相影響。也有采用專門DDS芯片的信號發生器，但電路結構復雜，成本較高。而專門針對極低頻率的信號源其設計頻率范圍又較窄,應用范圍小。為此，本文研究并設計出了一種基于單片機C8051F130和MAX038的信號源發生器，能在15MHz內產生三角波、正弦波、方波，精度高、失真度小、能有效彌補上述設計的不足，滿足大部分測試對信號源的要求。1信號源發生器的總體設計該信號源發生器主要以單片機C8051F130為控制核心，通過對Maxim公司波形發生器芯片MAX038及其外部電路控制實現其不同幅度和頻率，不同類型信號的輸出，其中C8051F130是SiliconLaboratories公司推出的一種具有8051內核及指令集完全兼容的集成混合信號片上系統，執行指令最快速度可達100MIPS,內部具有8448(8K+256)字節片內RAM和128K字節的flash存儲器，擁有多達64個輸入輸出口，可以完全滿足本設計的控制需求，MAX038是1個只需要少量外部元件便能產生準確正弦波、三角波和方波的波形產生器，輸出頻率和占空比可以通過外圍電路的電流、電壓和電阻進行調節。整個信號源發生器由頻率控制部分、波形選擇部分、占空比調節部分、鍵盤輸入控制部分、信號狀態顯示部分、電源部分等構成，電路框圖如圖1所示。圖1信號源發生器2信號源發生器各部分硬件電路設計2.1波形選擇部分直接使用C8051F130上IO口P0.0、P0.1連接MAX038上A0和A1管腳，對輸入進行設置即能產生正弦波、方波和三角波，管腳電平和波形之間的關系如表1所示。表1A0和A1管腳電平對應波形關系波形切換可以在任意時候進行，而不管輸出信號的相位，切換時間小于0.3us。2.2頻率控制部分MAX038輸出信號的頻率由注入引腳IIN的電流IIN、COSC引腳端接的電容CF以及引腳FADJ上的電壓VFADJ決定。當VFADJ=0V時，基本輸出頻率Fo由下式給出：式中：IIN為流入IIN引腳的電流(為獲得最佳性能取10A到400A),CF為連接COSC引腳和地的電容(在20pF~100F中選取),如果VFADJ是已知，則任意輸出頻率Fx=Fo[1-(0.2915VFADJ)],在本設計中通過10位DA轉換器AD7533輸出不同電壓，連接1個30k的電阻控制流入MAX038IIN管腳的電流與C8051F130控制CD4051選擇不同的CF共同決定信號的輸出頻率值，整個輸出信號的頻率分為7個頻段，頻段劃分與CF值和流入IIN電流值對應關系如表2所示。表2頻段劃分與CF值和流入IIN電流值對應關系2.3占空比調節部分DADJ引腳端上的電壓控制輸出波形的占空比，當VDADJ=0時占空比為50%,當電壓從+2.3V到-2.3V將引起輸出占空比從15%~85%變化，電壓變化1V可使占空比變化15%,占空比調節部分選用串行輸入、雙電壓輸出的8位DA轉換器AD7303,通過C8051F130控制AD7303輸出-2.3~+2.3V,接入DADJ引腳調節占空比。2.4幅度調節部分在經過頻率控制和占空比調節之后，MAX038輸出端能輸出幅度為2V(VPP)的有關波形，對地對稱即相對對地電位而言是-1~+1V,輸出阻抗小于0.1Ω,可直接向50pF的容性負載提供的驅動電流為±20mA。為滿足實際使用對信號源的要求，還需要幅度調節電路調節輸出信號幅度和增加信號驅動能力，幅度調節電路由寬帶高速電流反饋運放AD811構成的反相比例運算電路構成，其中反饋電阻大小由單片機C8051F130控制X9C103數字電位器實現，輸出信號隨運放增益的不同，幅度可以在200mV~20V(VPP),增減步進量為200mV(VPP)。圖2給出了信號源發生器頻率控制部分、占空比調節部分和幅度調節部分的電原理圖。2.5電源部分電源電路部分主要向其他電路提供各芯片工作所需要的電壓，需要+15V、-15V、+5V、-5V,為了減小電源的干擾對各部分電路的影響特別是對DA轉換器轉換精度的影響，采用了廣州周立功公司生產的寬壓輸入隔離穩壓正、負雙輸出隔離電源芯片ZY_WHAD-3W系列，其具有轉換效率高，高低溫特性好，電壓精度高等特點，另外AD7533工作還需要的+10V基準電壓由AD584提供(見圖2),電源電路原理圖如圖3所示。 關鍵字標籤：hi pot tester |
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