甘永进;吴学思;韦善于;蔡承海;莫海林;杨桂静;梁火层
【摘 要】为了提高方波可靠稳定性,满足一些由逻辑电路组成的测试仪对作为时钟的高频脉冲发生器的严格要求,设计基于AD9834的高频方波信号发生器.先由AD9834模块产生出正弦波,然后经过7阶对三角滤波器和AD8367自动增益模块整合出杂波少且波形稳定的正弦波,再由TLV3501芯片设计比较器电路产生方波.经实验测试,输出信号频率在1MHz-40MHz内,输出幅度在0.1V-5V可调且幅度误差不大于10％的要求,有较高的精度. 【期刊名称】《玉林师范学院学报》
【年(卷),期】2018(039)002
【总页数】7页(P22-28)
【关键词】高频;方波;频率;幅度
【作 者】甘永进;吴学思;韦善于;蔡承海;莫海林;杨桂静;梁火层
【作者单位】玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000;玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000;玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000;玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000;玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000;玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000;玉林师范学院 电子与通信工程学院,广西 玉林 537000
【正文语种】分布式光学孔径系统中 文
【中图分类】TP368搁物架
在电子电路中，没有激励信号的电子电路极为常见，这种电路一般称为高频信号发生器，可以产生高频、调幅信号.高频信号发生器是在没有外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度交变能量的电子电路［1］，高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气特性，现代工业对各种高频信号的指标要求越来越高.其可以用于对家用电器如收音机、录音机及电视机等的元器件性能进行测试.不但可以调整收音机中短波段频率范围，而且还可以测试晶体管放大器的频带，调试收音机选频网络的中频信号，观察电感、电容
的高频特性［2］.
现今，实验室使用的低频信号发生器的最高输出频率普遍小于1MHZ.以集成函数波形发生器为例，该类设备一般均采用扫描信号发生器ICL8038或者集成函数发生器5G8038，仅可以产生低于300kHz的中低正弦波、矩形波等，而且频率及占空比不能单独调节，无法满足高频精密信号源的要求以及高速电路调试的要求，实际使用中有诸多不便.所以，价格低廉、性能高的高频方波发生器的研制极为必要［3-4］.
本文基于AD9834对高频方波信号发生器展开研究，设计出输出信号频率在1MHz-40MHz内，输出幅度在0.1V-5V可调且幅度误差小于10%的方波信号发生电路.该设计可以产生出稳定的方波，对于各类高频信号发生器的设计有一定的借鉴作用.
1 系统硬件设计
压缩木耳
为达到设计指标，设计由MSP430单片机写入程序到AD9834振荡电路中，产生输出频率在1～40MHZ范围内，步进1MHZ的正弦波，并经过无源滤波器滤波输出到VCA821放大器实现增益控制，此时输出的正弦波再经过比较器实现波形转换，产生所需的方波，实际输出波形可由示波器观测.系统的总体框图如图1所示.
图1 系统总体框图Fig.1 Block diagram of the system
1.1 WRA电源模块
皮衣加工系统电源模块中外部输入供电电压为12V，而系统中模块供电需要+5v、-5v和+12v以及-12v，这要求必须将外部12 V电压分别转化为+/-12V和+/-5V.电源模块采用WRA1212和WRA1205稳压芯片，WRA系列的电源芯片具有低纹波、高效率、小体积，输入范围广的特点，电源模块如图2所示.
图2 电源模块原理图Fig.2 Schematic diagram of the power supply module
1.2 AD9834振荡电路设计
AD9834［5-8］是一款低功耗DDS器件，能够产生高性能正弦波和三角波输出.其片内集成一个比较器，支持产生方波以用于时钟发生.当供电电压为3V时，其功耗仅为20 mW.其电路原理图如图3所示.
图3 AD9834振荡电路图Fig.3 Oscillating circuit diagram of AD9834
1.3 七阶对三角电路设计
因输出的正弦波在高频时波形会发生失真，故采用无源低通滤波器来滤除高频杂波［9］.滤波器随着阶数增加而效果更好，但太高阶数的滤波器制作难度过大.综合各种无源滤波器的特点，本设计采用通带和阻带都较为平坦，但衰减快的七阶对三角滤波器［10，11］，其电路图如4所示.
图4 七阶对三角电路图Fig.4 Seven order pair trigonometric circuit diagram
1.4 VCA821放大电路设计
系统采用VCA821实现可控增益放大，VCA821具有-20dB～20dB的宽增益调节范围，输出电压高达5.34Vpp，呈线性增益，具有高达135MHz的增益控制带宽，控制电压由分压电阻分压产生，能够非常容易地实现增益控制.其电路图如5所示.
图5 VCA821放大电路图Fig.5 Amplifying circuit of VCA821
1.5 TLV3501比较电路设计
采用TLV3501设计成滞回比较电路，增强了电路的抗干扰能力.通过改变R3电位器阻值来调节阈值电压，使输入的正弦波信号发生跳转，滞回比较电路输出方波.比较电路原理图如图6所示.
图6 中间级比较电路原理图Fig.6 Intermediate comparator circuit diagram
拉丝模2 系统软件设计
通过MSP430单片机控制AD9834，按键进行步进和扫描控制，从而使AD9834在单片机的控制下产生一路频率可控的正弦波.压控放大器对输出信号进行增益控制，然后对信号进行采集，最终液晶上显示以及导出数据到示波器.程序设计流程图如图7所示.
图7 程序设计流程图Fig.7 Flow chart of program design
3 实验结果
为说明方案的可靠性，实验以频率和幅度两个参数为标准进行测量对比.
3.1 频率测量
实验中，在频率1～40MHZ范围内测量该方案输出的方波的频率，部分实测数据如表1所示.由表1可见，在频率1～40MHZ下，频率理论值和测量值之间相对误差小于1%，说明该方案的精度较高.
表1 频率的测量Tab.1Frequency measurement理论频率/MHZ 实测频率/MHZ 相对误差1 1.01 ＜1%5 49.8 ＜1%10 9.98 ＜1%25 24.98 ＜1%30 30.01 ＜1%40 39.99 ＜1%
3.2 幅度测量
实验在1～40MHZ的频率范围内，对幅值范围在0.1～5V的信号进行测量，部分实验测量数据如表2所示.由表2可见，在频率1～40MHZ内，输出方波的幅值与理论值之间的相对误差小于10%，说明了实验方案具有一定的精度.其中，实验所测输出的方波波形如图8所示.
图8 输出方波波形Fig.8 Square wave output end
表2 幅度的测量Tab.2 Amplitude measurement频率/MHZ理论值/V 测量值/V 相对误差 频率/MHZ理论值/V 测量值/V 相对误差 频率/MHZ理论值/V测量值/V相对误差1 0.1 0.10 ＜10% 10 1.5 1.49 ＜10% 20 3.0 2.99 ＜10%1 1.0 0.99 ＜10% 10 2.0 1.99 ＜10% 20 4.0 3.
98 ＜10%1 1.5 1.49 ＜10% 10 3.0 2.99 ＜10% 30 0.1 0.10 ＜10%1 2.0 1.99 ＜10% 10 4.0 3.99 ＜10% 30 1.0 0.99 ＜10%1 3.0 2.99 ＜10% 10 5.0 5.00 ＜10% 30 1.5 1.49 ＜10%1 4.0 3.99 ＜10% 15 0.1 0.10 ＜10% 30 2.0 1.99 ＜10%1 5.0 5.00 ＜10% 15 1.0 0.99 ＜10% 30 3.0 2.99 ＜10%5 0.1 0.10 ＜10% 15 1.5 1.49 ＜10% 30 4.0 3.99 ＜10%5 1.0 0.99 ＜10% 15 2.0 1.99 ＜10% 30 5.0 5.01 ＜10%5 1.5 1.48 ＜10% 15 3.0 2.99 ＜10% 40 0.1 0.10 ＜10%5 2.0 1.99 ＜10% 15 4.0 3.99 ＜10% 40 1.0 0.99 ＜10%5 3.0 2.99 ＜10% 15 5.0 5.01 ＜10% 40 1.5 1.49 ＜10%5 4.0 3.99 ＜10% 20 0.1 0.10 ＜10% 40 2.0 1.98 ＜10%5 5.0 5.01 ＜10% 20 1.0 0.10 ＜10% 40 3.0 2.99 ＜10%10 0.1 0.10 ＜10% 20 1.5 1.49 ＜10% 40 4.0 3.98 ＜10%10 1.0 0.99 ＜10% 20 2.0 1.99 ＜10% 40 5.0 4.99 ＜10%
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