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1、第5章 集成信号发生器 5.1 模拟集成函数发生器 5.2 直接数字频率合成技术 5.3 基于FPGA的DDS任意波形发生器集成信号发生器最新课件2021/11/915.1 模拟集成函数发生器5.1.1 由集成运放构成的方波和三角波发生器5.1.2 由ICL8038构成的集成函数发生器5.1.3 由MAX038构成的集成函数发生器集成信号发生器最新课件2021/11/925.1.1 由集成运放构成的方波和三角波发生器第一级A1组成迟滞电压比较器，输出电压uo1为对称的方波信号。图5-1-1 方波和三角波发生器第二级A2组成积分器，输出电压uo为三角波信号。 集成信号发生器最新课件2021/11
2、/93 设稳压值为UZ，则比较器输出的高电平为+UZ，低电平为-UZ。工作原理由图可得A1同相端的电压为集成信号发生器最新课件2021/11/94则可求得电压比较器翻转时的上门限电位为门限宽度为由于此电压比较器的 u- = 0， 令 u+ = 0下门限电位为 集成信号发生器最新课件2021/11/95当t = 0时，反相积分器的输出电压为当t = t1时，方波和三角波的周期为 集成信号发生器最新课件2021/11/96方波和三角波的频率为改变UZ可改变输出电压uo1、uo的幅度；改变（R1/R2）的比值可改变周期或频率，同时影响三角波输出电压的幅度，但不影响方波输出电压的幅度；改变n和R4C1
3、可改变频率，不影响输出电压幅度。集成信号发生器最新课件2021/11/97图5-1-2 方波和三角波的输出波形 集成信号发生器最新课件2021/11/981. ICL8038的性能特点和主要参数5.1.2 由ICL8038构成的集成函数发生器 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，是一块单片多种信号发生器IC，它能同时产生正弦波、方波、三角波，是一种性能价格比高的多功能波形发生器IC。 因为ICL8038信号发生器是单片IC，所以制作和调试均较简单、方便，也较为实用、可靠，人们常称其为实用信号发生器。集成信号发生器最新课件2021/11/99ICL8038具有以下主要参数和主要特点工作频率
4、范围：0.001Hz500kHz。波形失真度：不大于0.5。同时有三种波形输出：正弦波、方波、三角波。单电源为+10V+30V，双电源为5V15V。足够低的频率温漂：最大值为50ppm/C。改变外接R、C值，可改变输出信号频率范围。外接电压可调制或控制输出信号频率和占空比。使用简单，外接元件少。集成信号发生器最新课件2021/11/9102. ICL8038的内部结构和引脚排列图5-1-4 ICL8038的 引脚排列图图5-1-3 ICL8038的内部结构图集成信号发生器最新课件2021/11/911ICL8038的引脚及其功能如下：1脚SINADJ1、12脚SINADJ2：正弦波波形调整端。
5、通常SINADJ1开路或接直流电压，SINADJ2接电阻REXT到V-，用以改善正弦输出波形和减小失真。 图5-1-5 正弦波失真度调节电路一调节100k电位器RP，可以将正弦波的失真度减小到1。 集成信号发生器最新课件2021/11/912图5-1-6 正弦波失真调节电路二 当要求获得接近0.5失真度的正弦波时，在6脚和11脚之间接两个100k电位器RP1、RP2 。集成信号发生器最新课件2021/11/913图5-1-7 占空比/频率调节电路一2脚：SINOUT，正弦波输出。振幅为Usin=0.22VS3脚TRIOUT ： 三角波输出，幅度为0.33VS。4脚DFADJ1 、5脚DFADJ
6、2 ：输出信号重复频率和占空比调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+，DFADJ2端接电阻RB到V+，改变阻值可调节频率与占空比。 集成信号发生器最新课件2021/11/914图5-1-8 占空比/频率调节电路二此电路可以独立地调节输出波形的上升和下降部分。 调节RP1时，可控制三角波上升部分、正弦波270至90部分、方波的高电平部分。 调节RP2时，则可调节输出波形的另外一半。调节时相互有影响，需反复调节几次。 集成信号发生器最新课件2021/11/915输出波形频率6脚：V+，正电源。7脚：FMBIAS，调频频偏。 8脚：FMIN，调频电压输入端。 9脚：SQOUT，方波输出。 10脚
7、：定时电容端。 11脚：V-，负电源端或接地。 13脚、14脚：NC，空脚。集成信号发生器最新课件2021/11/916图5-1-9 由8038构成的多功能信号发生器3. ICL8038的应用电路集成信号发生器最新课件2021/11/917图5-1-10 由ICL 8038构成的线性压控器电路集成信号发生器最新课件2021/11/918图5-1-11 由8038构成的可编程函数发生器集成信号发生器最新课件2021/11/9195.1.3 由MAX038构成的集成函数发生器 MAX038是一种单片高精度高频函数发生器，输出信号频率范围是0.1Hz20MHz，最高达40MHz。用MAX038构成的
8、电路可产生高频的正弦波、矩形波、三角波，输出波形具有较好高频特性。1. MAX038的内部结构和引脚功能 由振荡器、振荡频率控制器、2.50V基准电压源、正弦波合成器、电压比较器、相位比较器、多路模拟开关和放大器等部分组成。集成信号发生器最新课件2021/11/920图5-1-12 MAX038的内部结构图图5-1-13 MAX038 的引脚排列 集成信号发生器最新课件2021/11/921MAX038的引脚及其功能 1脚：REF，参考电源。 2脚、6脚、9脚、11脚、18脚：GND，模拟地。 3脚：AO，波形设定端，见表5-1-1。 4脚：AI，波形设定端，见表5-1-1。 5脚：COSC，
9、外接振荡电容端。表5-1-1 输出波形设置方法AOAI波形1正弦波00矩形波10三角波集成信号发生器最新课件2021/11/922 8脚：FADJ，频率调节端。 10脚：IIN，振荡频率控制器的电流输入端。 12脚：PDO，相位比较器的输出端。 13脚：PDI，相位比较器的输入端。 16脚：DV+，数字电路的+5V电源端。 14脚：SYNC，同步输出端。 15脚：DGND，数字地端。 17脚：V+，正电源端。 19脚：OUT，波形输出端。 20脚：V-，负电源端。 7脚：DADJ，占空比调节端。集成信号发生器最新课件2021/11/9232. MAX038的应用电路 图5-1-14 MAX03
10、8的应用电路19脚是波形输出端。 利用恒定电流向CF充电和放电，形成振荡，产生三角波和矩形波。 RP1的作用是调节振荡频率。RP2是调节占空比。 集成信号发生器最新课件2021/11/924图5-1-15 5Hz5MHz函数发生器集成信号发生器最新课件2021/11/925 此电路特点是外围元件少，功能多，可调元件少，工作稳定可靠。电路可根据需要从方波、正弦波和三角波中任选。MAX038专用函数发生器，通过电流输入端IIN的大小设定振荡频率，用电阻把基准电压变换成电流，用流经FADJ端的电流微调频率。C1C6是定时电容，RP1电位器是用于设定频率。5MHz属于高频信号，为了减小连线分布电容对工
11、作电容的影响，增加了一个50pF的CTC半可变电容与75pF工作电容并联，以对高频进行校准。集成信号发生器最新课件2021/11/9265.2 直接数字频率合成技术5.2.1 DDS的基本原理 5.2.2 DDS的基本参数计算公式 5.2.3 DDS各部分的具体参数 5.2.4 DDS芯片AD9852 5.2.5 由AD9852构成的信号发生器 集成信号发生器最新课件2021/11/9275.2.1 DDS的基本原理 频率合成技术包括传统的直接频率合成(DS)、锁相环间接频率合成(PLL)和直接数字频率合(Direct Digital Frequency Synthesis-DDFS，简称DD
12、S)。 锁相环是一种反馈控制电路，其特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。集成信号发生器最新课件2021/11/928 锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成UD(t)电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压UC(t)，对振荡器输出信号的频率实施控制。集成信号发生器最新课件2021/11/9295.2.1 DDS的基
13、本原理 DDS中相位累加器可在每一个时钟周期来临时将频率控制字(TUNING WORD)所决定的相位量M累加一次， 如果记数大于2N，则自动溢出，而只保留后面的N位数字于累加器中。正弦查询表ROM用于实现从相位累加器输出的相位值到正弦幅度值的转换，然后送到DAC中将正弦幅度值的数字量转变为模拟量，最后通过滤波器输出一个很纯净的正弦波信号。 集成信号发生器最新课件2021/11/9305.2.2 DDS的基本参数计算公式 由于相位累加器是N比特的模2加法器，正弦查询表ROM中存储一个周期的正弦波幅度量化数据，所以频率控制字M取最小值1时，每 2N个时钟周期输出一个周期的正弦波。所以此时有：式中：
14、f0为输出信号的频率；fc为时钟频率；N为累加器的位数。 集成信号发生器最新课件2021/11/931 更一般的情况，频率控制字是M时，每(2N/M)个时钟周期输出一个周期的正弦波。所以此时有：为DDS系统最基本的公式之一由此得输出信号的最小频率(分辨率)为：输出信号的最大频率为：DAC 每信号周期输出的最少点数为：N 比较大时，对于很大范围内的 M 值，DDS系统都可以在一个周期内输出足够的点，保证输出波形失真很小。集成信号发生器最新课件2021/11/9325.2.3 DDS各部分的具体参数 相位累加器的位数N、数模转换比特数n、时钟频率fc及其稳定度、低通滤波器(LPF)的特性等是决定D
15、DS系统指标的重要参数。 如果要求DDS的输出频率范围为fominfomax，则fc应大于 fomax的2倍，这是由Nyquist定理决定的。为了使输出波形更好，同时减少对低通滤波器的参数要求，一般fc至少取fomax的4倍以上。 相位累加器的位数N ：集成信号发生器最新课件2021/11/9335.2.4 DDS芯片AD9852 AD9852具有频率转化速度快、频谱纯度高、工作温度范围宽、集成度高等特点。其工作电压为3.3V，片内有420倍可编程时钟乘法电路，系统最高时钟可达300MHz，输出频率可达120MHz，频率转化速度小于1s。内部有12位D/A转化器、48位可编程频率寄存器和14位
16、可编程相位寄存器，具有12位振幅调谐功能，能产生频率、相位、幅度可编程控制的高稳定模拟信号。集成信号发生器最新课件2021/11/934集成信号发生器最新课件2021/11/935AD9852的引脚定义引脚 名称 描述 18 D7D0 8位双向并行编编程数据输输入，只能用于并行编编程模式9,10,23,24,25,73,74,79,80 DVDD 3.3V数字电电源 11,12,26,27,28,72,7578 DGND 数字地 13,35,57,58,63 NC 不连连接 1416 A5A3 对对寄存器编编程的并行地址输输入端（6位地址输输入端A5:A0的一部分），只能用于并行编编程模式 集成信号发生器最新课件2021/11/93617A2/IO RESET 对对寄存器编编程的并行地址输输入端（6位地址输输入端A5:A0的一部分）/IO RESET。A2仅仅被用于并行编编程模式。当选择选择 串行模式时时IO RESET有效，当由于错误错误 的编编程协议协议 引起无应应答反应时应时 ，可以复位串行通信总线总线 。在这这种方式下复位串行总线总线 不会影响其他的设设置和默认值认值 。高电电
