Функционален генератор, използващ верига
MAX038
Понякога е необходимо да се тестват параметрите на нискочестотните усилватели при честоти с различни честоти, понякога до височина на сигнала до 10 MHz. По тази причина исках да проектирам прост и в същото време относително евтин генератор, който няма да е проблем да се произвежда дори у дома и с доста прилични параметри.
След дълго търсене (метод на проба и грешка), накрая се спрях на чипа MAX038 от Maxim. Това е пълен генератор на синус/квадрат/триъгълник с функция 20 MHz в един чип! Въпреки че е възможно да се изгради пълен генератор на функции само с MAX038 (ако спазвах само връзката на каталожната верига), открих, че за да се създаде пълноправен генератор на функционални функции е необходимо да се добавят други вериги.
Описаният тук окончателен дизайн е способен да генерира синусоидални, квадратни, триъгълни и TTL сигнали на нива до 20 MHz. Обикновено генераторът на аналогови функции би могъл да генерира тези честоти, но би бил много скъп за производство и също така струваше и би бил доста сложна връзка и аз не исках това. Както можете да видите, цялата тази конструкция се състои от 4 интегрални схеми за генератора и 2 за захранването.
Моля, обърнете внимание, че този генератор е проектиран за възможно най-високо честотно покритие и възможно най-ниско ниво на изкривяване, така че трябва да е подходящ за всички видове приложения.
Блок схема MAX038
Блок-схема на интегралната схема в основната схема
Изненадващо, MAX038 не използва въображаеми техники за генериране на честоти от 1 Hz до 20 MHz или повече. Вместо това той използва прост осцилатор от релаксационен тип, който работи чрез зареждане и разреждане на кондензатор (на бор 5), използвайки постоянен ток. Това е основно интегратор с два наклона "dul slope", който създава триъгълна вълна, честотата на която се определя от кондензатор на външен осцилатор и входния ток на бор IIN. Тази вътрешна вълна на триъгълника се подава към вътрешния компаратор, за да създаде квадратна вълнова функция. Функцията за синусоида се създава чрез подаване на триъгълна вълна към синусоида, която автоматично коригира желаната честота и произвежда синусоида с разумно ниско изкривяване при постоянна амплитуда. След това синусовите, квадратните и триъгълните вълни се подават към мултиплексор, който избира кои функции да се предават чрез изходния буфер с нисък импеданс.
MAX038 прави цялата работа по създаването на действителната форма на вълната, така че останалите вериги само решават коя честота да бъде активна и какъв тип вълна (синус/квадрат/триъгълник) да се създаде.
Електрическа схема
Описание и функция на окабеляването
Изходната честота се определя от три фактора. Първият е стойността на осцилаторния кондензатор на бор 5, който задава честотния диапазон, в който чипът ще работи. Вторият и третият фактор са текущият вход "IIN" (щифт 10) и щифтът "FADJ" (щифт 8) с настройка на честотата. Противно на името си, щифтът за настройка на честотата не е най-добрият начин за регулиране на изходната честота. Изходната честота всъщност е право пропорционална на тока, протичащ към IIN щифта. Входът FADJ се използва само за по-фина настройка на честотата (или честотна модулация), тъй като има само около 70% от диапазона на настройка на IIN. Веригата FADJ подава малък температурен коефициент към изходната честота. В критични приложения с отворен цикъл прекъснах връзката FADJ с GND (не REF) чрез резистор 12 km/h (R8 в електрическата схема).
Токът към IIN, използван за задаване на изходната честота, може да варира от приблизително 2uA до 750uA, но трябва да бъде между 10uA до 400uA за оптимална производителност. IIN щифтът функционира като виртуално заземяване, така че е просто да се приложи положително напрежение през резистора към IIN. Това създава ток към IIN, който може лесно да бъде открит от Законът на Ом.
Всъщност изходната честота може да бъде свързана с проста формула:
Fo (MHz) = IIN (uA)/Cf (pF)
Където Cf е стойността на осцилаторния кондензатор на бор 5. Тази формула приема, че FADJ е на нула волта. Кондензатори, използвани за 6 честотни диапазона: 22pF, 220pF, 2.2nF, 22nF, 220nF и 2.2uF. В допълнение към 22pF (NPO керамика) и 220pF (полистирол), останалите кондензатори са на базата на полипропилен.
Напрежението на DADJ (щифт 7) контролира работния цикъл на кривата (дефиниран като процент от времето, в което изходната крива е положителна). Ако VDADJ = 0V (избран SW2), работният цикъл е 50%. Промяната на това напрежение от +2.3 V на -2.3 V чрез P1 води до изходния работен цикъл да варира от 15% до 85%, приблизително -15% на волт. Напрежения над ± 2,3 V могат да променят изходната честота и/или да причинят нестабилност.
SYNC (щифт 14) е съвместим с TTL/CMOS изход, който може да се използва за синхронизиране на външни вериги. Изходът SYNC е квадратна вълна, чийто нарастващ ръб съвпада с изходящата нарастваща синусова или триъгълна вълна, когато преминава през 0V. Когато е избрана квадратна вълна, нарастващият ръб на SYNC се появява в средата на положителната половина на изходната квадратна вълна, ефективно 90 градуса преди изхода. Работният цикъл на SYNC е настроен на 50% и не зависи от контрола на DADJ. Тъй като SYNC е много бърз TTL изход, високоскоростните преходни токове в DGND (щифт 15) и DV + (щифт 16) могат да излъчват енергия към изходната верига, причинявайки тесен пик в изходната крива. Тази точка е трудно да се види с осцилоскопи с честотна лента по-малка от 100 MHz. Индуктивността и капацитетът на IC гнездата обикновено усилват този ефект, така че гнездата не се препоръчват, когато SYNC е включен. SYNC се захранва от отделни заземителни и захранващи щифтове (DGND и DV +) и може да се изключи чрез създаване на отворена верига DV + с SW3. Ако не се използва синхронизация на външна верига, изключването на системата SYNC чрез отваряне на DV + елиминира пика.
MAX038 включва фазов детектор TTL/CMOS, който може да се използва във фазов контур (PLL) за синхронизиране на изхода му с външен сигнал - който не се използва в дизайна. Тъй като този вътрешен фазов детектор не се използва, PDI и PDO са свързани към GND.
За да премахна всички изкривявания, свързани с натоварването, използвам операционен усилвател - AD847, схема на видео буфер като изходен буфер.
Печатна електронна платка
Инсталация и дизайн. Страна на свързване
ГОРНА страна на печатната платка с меден слой и монтаж на компоненти.
Изпълнение
Ако искаме да запазим максимума от MAX038, това изисква внимание при производството на печатната платка и байпаси при захранването и поставянето на платките. Използвам връзка с нисък импеданс на всичките пет GND щифта. V + и V- се прехвърлят директно към земната плоскост с 22nF NPO керамични кондензатори паралелно с 47uF ултра ниско съпротивителен електролитен кондензатор. Дръжте проводниците на кондензатора възможно най-къси (особено за керамика 22nF), за да сведете до минимум серийната индуктивност, те са свързани към щифтовете MAX038 директно на земната повърхност. Тъй като SYNC може да се използва (включване/изключване чрез SW3), DV + са свързани към V +, DGND трябва да бъде свързан към земната равнина, един 22 pF танталов кондензатор (щифтове 16 и 15) е свързан между DV + и DGND. Не е необходимо да използвате отделен източник или да работите с отделни записи за DV +.
Захранващата верига, съдържаща 78L05 и 79L05, е стандартно +/- 5V регулирано захранване, захранвано от DC ректифициран променлив вход.
Измерени сигнални форми на вълната
Заключение
Интегралната схема MAX038 е най-мощният генератор на постояннотокови функции, чието производство, за съжаление, е спряло. За съжаление не разбирам защо производството му е спряно или защо други производители все още не са разработили подобна интегрална схема.