波形产生集成电路 MAX038

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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)；

5. 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。

6. 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。

7. 内部框图

8. 基本工作电路

9. 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（ｕA）÷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)；

10. 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V FADJ时, 频率为 • FX= FO × (1- 0.12915×V FADJ ) , 而输出信号周期为tX= to/(1- 0.12915×V FADJ ) , 其中, to 为V FADJ= 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。R F 阻值按R F= (V REF • - V FADJ )/250 (uA ) 计算。

11. 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%。

12. 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。

13. 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。

14. 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(PD I) , 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PD I 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%。

15. 相位检测器 • 相位检测器的增益K D由下式表达: KD = 0.1318×R PD , 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V FADJ。RPD 越大, 则一定的相位差时V FADJ 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V FADJ的变化率(锁相环带宽) 和CPD成反比。