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基于MC145151- 2和ICL8038锁相环的低频函数发生器的设计

gecimao 发表于 2019-06-12 23:22 | 查看: | 回复:

  电子系统中经常需要采用频率和幅度可调的正弦波信号作为基准或载波信号。而正弦波信号主要是由和DDS (Direct Digital Synthesis)两种方式产生。基于DDS 技术的产品虽然功能齐全、性能指标高, 但是成本也高。本文介绍了一种基于MC145151- 2 和ICL8038 的低频函数发生器, 该函数发生器具有频率稳定性高、结构简单、成本低、体积小、便于携带等特点。

  锁相环路实质上就是自动相位控制电路(APC) , 它是利用2 个电信号的相位误差, 通过环路自身调整来实现频率准确跟踪, 该系统称为锁相环路( 简称环路) , 通常用PLL 表示。锁相环路是由鉴相器(PD)、环路滤波器( LPF 或LF) 和压控振荡器( 简称VCO) 3 部分组成的闭合系统。锁相环组成的原理框图如图1 所示。

  图1 中的鉴相器( PD) 又称相位比较器, 是由模拟乘法器组成, 用于检测输入信号和输出信号的相位差, 并将检测到的相位差信号转换成电压信号UD( t) 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) 来控制振荡器输出信号频率。

  MC145151- 2 是MC145151- 1 的升级产品, 降低了功耗, 提高了ESD 和锁定性能。MC145151- 2 分别用14 条和3 条并行输入数据线实现N 计数器和R计数器编程, 内部集成了参考振荡器、可选参考频率分频器、数字相位鉴相器和14 位可编程的除N计数器。该器件具有以下特点: 采用CMOS 工艺, 功耗低, 电压范围为3 V~9 V; 具有片上或片外参考振荡器; 2 路鉴相信号输出, 其中PDout 是鉴相器A 的输出, ФR 和ФV 是鉴相器B 输出, 为鉴相误差信号,LD 用于输出相位锁定信号; 除N 范围为3~16 383;8 个用户可选的除R 值分别对应于RA2~RA0 组成的8 个状态。

  ICL8038 是一款可输出多种波形的精密振荡器, 只需调整个别的外部元件就能产生0.001 Hz~300 kHz 低失真的正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号,其输出电平为: 方波为0.2 V(2 mA), 三角波为0.33 V, 输出阻抗为200 Ω(5 mA), 正弦波为0.22 V,输出阻抗为1 kΩ。输出波形的频率和占空比由电流电阻控制。此外, 由于该器件具有调频信号输入端, 因此可对低频信号进行频率调制。

  ICL8038 主要特点:频率范围为0.001 Hz ~300 kHz; 占空比范围为2%~98%; 低失线 ppm/℃; 三角波输出线 V; 可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。

  正弦波发生器主要是由参考频率、基本锁相环和匹配输出3 部分电路组成, 原理框图如图2 所示。图2 中虚线框中的电路是频率合成器的核心( 即锁相环) , 由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器等组成。系统输出信号的频率为fout=(N/R)fin, 改变分频比N 获得大量离散频率的输出信号。

  本设计的锁相环与典型的高频锁相环电路相比有两个差别: 一是添加了鉴相器前晶体振荡器整形和分频电路; 二是压控振荡器选用工作在低频范围内的器件。

  一般函数发生器的基准频率通常由相对频率稳定度为10- 6 的晶体振荡器产生, 经R 倍分频后提供适当的基准频率。本设计采用频率稳定度为10- 6的有源晶体振荡器结合Altera公司的CPLDEPM3128 实现整形和M分频电路如图3 所示。该电路主要由复位电路、上载电路、晶体振荡器、频率预置电路组成。参考频率电路具有以下几点特性:

  MC145151- 2 的LD 用于指示回路锁定, 外接1 只LED, 失锁时LED 闪烁。MC145151- 2 的鉴相输出端为PDout, 该输出端需接一个由阻容网络构成的低通滤波器。若选用鉴相器B, ФR 和ФV 输出则接有源低通滤波器。滤波器的输出则接由两级运算放大器构成的信号放大调整电路, 增加控制电压的动态范围,实现多频点输出的设计要求, 这因为MC145151-2 的鉴相输出经滤波后的直流电平为+2 V~+3 V 之间, 可以控制ICL8038, 但电压变化范围小, 控制频点有限, 因此必须增加放大器。放大器的输出可以控制以ICL8038 为核心构成的压控振荡器电路, 该电路可以通过设置CB4、CB5、CB6 三个跳线来选择不同容值, 从而选择高、中、低3 段频率输出, 保证有足够宽的频率输出动态范围, 促使ICL8038 的性能得以充分发挥。

  匹配输出电路如图5 所示。这部分电路主要功能: 进一步放大输出信号; 阻抗匹配, 提高信号源的带载能力, 经验证电路的带载能力不低于20 mA.

  要慎重处理模拟地和数字地。要把模拟部分与数字部分分块布局, 数字部分最好能够大面积覆铜接地。PCB 板上要用低阻地平面分别将模拟地和数字地连接, 再在某一点上将两地相连;信号线尽量布在焊接面上,器件面为地平面, 这样可减少信号间的干扰, 这一点对系统性能的稳定尤为重要;集成电路的电源输入端与地端最好接滤波电容器, 并且电容器与器件的电源引脚和地引脚两端围成的回路面积越小越好。

  ( 2) ICL8038 的方波输出要加上拉电阻, 若要与TTL 电平兼容, 必须接+5 V 电源。MC145151- 2 对输入电平有要求, 在+5 V 电源下, 输入方波的高电平不能超过+5 V, 低电平不能低于+1.5 V.

  ( 3) MC145151- 2 鉴相输出电压与ICL8038 控制电平的匹配, 是整个电路实现比较重要的问题。

  ( 4) 关于信号放大电路的阻抗匹配问题。由于OP07 的输入阻抗不够大, 如果直接把滤波后的电压接入放大器, 电压将为零,放大器也没有输出, 需要加一级跟随器进行阻抗匹配。

  ( 5) 关于信号放大电路的放大倍数问题。由于滤波输出电压跌落在控制范围内, 但变化范围小, 如果信号放大电路的放大倍数选择不当会导致控制电压太大, 超出ICL8038 的最高控制电平, 从而造成MC145151- 2 失锁。调试时应先用精密电位器将放大倍数调整后, 再分别测量电位器的阻值, 用相对应的色环电阻进行更换。

  基于MC145151- 2 和ICL8038 的低频锁相环函数发生器, 能产生低频段的正弦波、方波、三角多种波形, 电路结构简单, 其生成的波形平滑、无毛刺、波形稳定度高、频率稳定度和分辨率高, 具有广泛的应用前景。

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  信息 MC14060B是一个14级二进制纹波计数器,带有片内振荡器缓冲器。振荡器配置允许设计RC或晶体振荡器电路。芯片上还包括一个复位功能,可将所有输出置于零状态并禁用振荡器。时钟上的负转换将使计数器前进到下一个状态。施密特对输入线的触发动作允许非常慢的输入上升和下降时间。应用包括延时电路,计数器控制和分频电路。 电源电压范围= 3.0 V至18 V 能够驱动两个低功率TTL负载或一个低功率肖特基TTL负载额定温度范围 从阶段4到10和12到14可用的缓冲输出 公共复位线 所有输入上的二极管保护

  信息 NCP1050至NCP1055是单片高压稳压器,可使终端产品设备符合低待机功耗要求。该器件系列结合了所需的转换器功能,为办公自动化,消费类和工业产品提供了简单经济的电源系统解决方案。这些器件设计为直接从整流交流线路源运行。在反激式转换器应用中,它们能够提供6.0 W至40 W的输出功率,固定AC输入为100 V,115 V或230 V,3.0 W至20 W,可变AC输入范围为85 V至265 V.该器件系列具有有源启动稳压器电路,无需在转换器变压器上使用辅助偏置绕组,故障逻辑具有可编程定时器,用于转换器过载保护,独特的门控振荡器配置,可实现极快的环路响应双脉冲抑制,电源开关电流限制,带迟滞的输入欠压锁定,热关断和自动重启故障检测。这些器件采用经济的8引脚双列直插式封装。 启动电路无需变压器辅助偏置绕组 可选的辅助偏置绕组覆盖,适用于最低待机功耗应用 转换器输出过载和开环保护 自动重启故障保护 IC热故障保护 独特的双边沿门控振荡器配置极快的环路响应 振荡器频率抖动与可控摆率驱动器降低EMI 低功耗,符合欧洲蓝天使用 片上700 V电源开关电路和有源启动电路 85 V至265 V的整流交流电源工作 带迟滞的输入欠压锁定 振荡器频率选项44 kH...

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  信息 NCP1392B是一款自振荡高压MOSFET驱动器,主要针对使用半桥拓扑的应用而量身定制。由于其专有的高压技术,驱动器可接受高达600 V的体电压。使用单个电阻可将驱动器的工作频率从25 kHz调节至480 kHz。可调节欠压保护确保正确的体电压工作范围。内部100 ms PFC延迟定时器可确保主体下游转换器在批量电压完全稳定时打开。该器件提供固定的死区时间,有助于降低直通电流。 最小频率调整精度3% 欠压输入 100 ms PFC延迟定时器

  1 A / 0.5 A峰值电流吸收/源驱动 固定死区时间可用0.3 us,0.6 us和1.1 us 电路图、引脚图和封装图...

  NBXHBA017 晶体振荡器模块,PureEdge™,156.25 MHz LVPECL,3.3 V

  信息 NBXDBB017双频晶体振荡器(XO)旨在满足当今3.3 V LVPECL时钟生成应用的要求。该器件采用高Q基波晶体和锁相环(PLL)倍频器,提供可选的156.25 MHz或312.5 MHz,超低抖动和相位噪声LVPECL差分输出。该器件是安森美半导体PureEdge™时钟系列的成员,可提供精确和精确的时钟解决方案。提供5 mm x 7 mm SMD(CLCC)封装,16 mm胶带和卷轴,数量为1,000。频率稳定性选项可用50 PPM NBXDBA017或20 PPM NBXDBB017。 可选输出频率 - 156.25 MHz(默认)/ 312.5 MHz LVPECL差分输出 用途高Q基本模式晶体和PLL倍频器 超低抖动和相位噪声 - 0.4 ps(12 kHz - 20 MHz) 工作范围3.3 V +/- 10% 总频率稳定性 - +/- 20PPM或+/- 50PPM...

  信息 MC100EL1648需要一个由电感(L)和电容(C)组成的外部并联储能电路。变容二极管可以包含在振荡电路中,以为振荡器(V 1)提供电压可变输入。该设备还可以用于需要固定频率时钟的许多其他应用中。 MC100EL1648非常适合需要本地振荡器的应用。系统包括电子测试设备和数字高速通信。 MC100EL1648基于MC1648的V 电路拓扑结构。 MC100EL1648采用先进的双极性工艺技术,可实现在扩展频率范围内工作的设计。 MC100EL1648的ECL输出电路不是传统的开放式发射极输出结构,而是具有片上端接电阻,带有标称值为510欧姆。这有助于将输出信号直接交流耦合到传输线中。由于这种输出配置,不需要外部下拉电阻来为输出提供直流电流路径。此输出旨在驱动一个ECL负载。如果用户需要扇出信号,则应使用ECL缓冲器,例如MC10EL16线路接收器/驱动器 典型工作频率高达1100 MHz 5.0低功耗19 mA Vdc电源 相位噪声-90 dBc / Hz,25 kHz典型 ESD保护:

  2 KV HBM,

  100 V MM PECL模式运行范围:V = 5.0 V,V = 0 V NECL模式工作范围:V = 0 V带V = -5.2 V 输入电容= 6.0 pF(TYP) 符合或超过J...

  信息VHC123A是一款先进的高速CMOS单稳态多谐振荡器,采用硅栅极CMOS技术制造。 它实现了与等效双极型肖特基TTL相似的高速运行,同时保持了CMOS低功耗。 每个多谐振荡器都具有负A和正B转换触发输入,两者均可用作禁止输入。 另外包含清零输入,处于低电平时可复位单次采样。 VHC123A可以在清零正转换期间触发,此时A保持低电平,B保持高电平。 输出脉冲宽度由以下等式确定: PW = (R)(C);其中PW单位为秒,R单位为欧姆,C单位为法拉。 R和C的限值为: 外部电容器,C无限制 外部电阻,RV= 2.0V,最小值5 kohm V

  3.0V,最小值1 kohm 输入保护电路确保0到7V可施加到输入引脚,而不管电源电压如何。 此器件可用于连接5V至3V系统和两个电源系统(例如备用电池)。 此电路可防止器件因电源和输入电压不匹配而受损。 高速: T = 25°C时,t = 8.1 ns(典型值) 低功耗:T = 25°C时,I = 4 µA(最大值) 有效状态: I = 600 µA(最大值),T = 25°C时 高抗噪能力: V = V = 28% V (最小值) 所有输入上都提供掉电保护 引脚和功能与74HC123A兼容...

  NBXDBA009 晶体振荡器模块,PureEdge™,75 MHz / 150 MHz,3.3 V

  信息 NBXDBA009双频晶体振荡器(XO)旨在满足当今3.3 V LVPECL时钟生成应用的要求。该器件采用高Q基波晶体和锁相环(PLL)倍频器,提供可选的75 MHz或150 MHz,超低抖动和相位噪声LVPECL差分输出。 LVPECL差分输出 使用高Q基本模式晶体和PLL倍频器 超低抖动和相位噪声0.4 ps(12 kHz20 MHz) 可选输出频率75 MHz(默认)/ 150 MHz 密封陶瓷SMD封装 符合RoHS标准 工作范围3.3 V 10% 总频率稳定性50 PPM...

  NBXDBA017 晶体振荡器模块,PureEdge™,156.25 MHz / 312.50 MHz LVPECL,3.3 V

  信息 NBXDBB017双频晶体振荡器(XO)旨在满足当今3.3 V LVPECL时钟生成应用的要求。该器件采用高Q基波晶体和锁相环(PLL)倍频器,提供可选的156.25 MHz或312.5 MHz,超低抖动和相位噪声LVPECL差分输出。该器件是安森美半导体PureEdge™时钟系列的成员,可提供精确和精确的时钟解决方案。提供5 mm x 7 mm SMD(CLCC)封装,16 mm胶带和卷轴,数量为1,000。频率稳定性选项可用50 PPM NBXDBA017或20 PPM NBXDBB017。 可选输出频率 - 156.25 MHz(默认)/ 312.5 MHz LVPECL差分输出 用途高Q基本模式晶体和PLL倍频器 超低抖动和相位噪声 - 0.4 ps(12 kHz - 20 MHz) 工作范围3.3 V +/- 10% 总频率稳定性 - +/- 20PPM或+/- 50PPM...

  NBXDBA012 时钟振荡器模块,PureEdge™,106.25 MHz / 212.50 MHz FibreChannel LVPECL,3.3 V

  信息 NBXDBA012双频晶体振荡器(XO)旨在满足当今3.3 V LVPECL时钟生成应用的要求。该器件采用高Q基波晶体和锁相环(PLL)倍频器,提供可选的106.25 MHz或212.5 MHz,超低抖动和相位噪声LVPECL差分输出。该器件是安森美半导体PureEdge™时钟系列的成员,可提供精确和精确的时钟解决方案。 可选输出频率 - 106.25 MHz / 212.5 MHz LVPECL差分输出 使用高Q基本模式晶体和PLL倍频器 超低抖动和相位噪声 - 0.4 ps(12 kHz - 20 MHz) 频率稳定性 - 50 PPM 工作范围3.3 V 10%...

  NBXSBA010 晶体振荡器模块,PureEdge™,100 MHz LVPECL,3.3 V

  信息 NBXSBA010单频晶体振荡器(XO)旨在满足当今3.3 V LVPECL时钟生成应用的要求。该器件采用高Q基波晶体和锁相环(PLL)倍频器,可提供100 MHz,超低抖动和相位噪声LVPECL差分输出。该器件是安森美半导体PureEdge™时钟系列的成员,可提供精确和精确的时钟解决方案。提供5 mm x 7 mm SMD(CLCC)封装,16 mm磁带和卷轴,数量为1,000. LVPECL差分输出 超低抖动和相位噪声 - 0.4 ps(12 kHz - 20 MHz) 输出频率 - 100 MHz 工作范围3.3 V 10% 总频率稳定性 - +/- 50PPM

  NBXSBA017 晶体振荡器模块,PureEdge™,312.5 MHz LVPECL,3.3 V

  信息 NBXDBB017双频晶体振荡器(XO)旨在满足当今3.3 V LVPECL时钟生成应用的要求。该器件采用高Q基波晶体和锁相环(PLL)倍频器,提供可选的156.25 MHz或312.5 MHz,超低抖动和相位噪声LVPECL差分输出。该器件是安森美半导体PureEdge™时钟系列的成员,可提供精确和精确的时钟解决方案。提供5 mm x 7 mm SMD(CLCC)封装,16 mm胶带和卷轴,数量为1,000。频率稳定性选项可用50 PPM NBXDBA017或20 PPM NBXDBB017。 可选输出频率 - 156.25 MHz(默认)/ 312.5 MHz LVPECL差分输出 用途高Q基本模式晶体和PLL倍频器 超低抖动和相位噪声 - 0.4 ps(12 kHz - 20 MHz) 工作范围3.3 V +/- 10% 总频率稳定性 - +/- 20PPM或+/- 50PPM...

  信息 MC14541B可编程定时器由一个16级二进制计数器,一个用于外部电容和两个电阻的集成振荡器,一个自动上电复位电路和输出控制逻辑。 通过接通电源初始化定时,然后启用上电复位并在指定的V 范围内初始化计数器。电源已打开时,可以施加外部复位脉冲。在释放初始复位命令时,振荡器将以外部RC网络确定的频率振荡。 16级计数器除以振荡器频率(f 与n级频率为f / 2 。 可用输出2 , 2 ,2 或2 正边沿时钟转换的增量 内置低功耗RC振荡器(+/- 处理时温度范围和+/- 20%电源精度为2%,+ / + 3%如果外部时钟可用,振荡器可能被旁路(对引脚3施加外部时钟) 外部主复位完全独立于自动复位操作 操作为2 分频器或单个转换定时器 Q / Qbar选择提供输出逻辑电平灵活性 复位(自动或主控)复位期间禁用振荡器以不提供有功功率耗散 时钟调理电路允许以非常慢的时钟上升和下降时间运行 自动复位在通电时初始化所有计数器 电源电压范围= 3.0 Vdc至18 Vdc,具有自动Res et Disabled(引脚5 = V ) 8.5 Vdc至18 Vdc,启用自动复位(引脚5 = V ) 可提供无铅封装* 电路图、引脚图和封装图...

  信息 MC14538B是一款双重,可重新触发,可复位的单稳态多谐振荡器。它可以从输入脉冲的任一边沿触发,并在很宽的宽度范围内产生精确的输出脉冲,其持续时间和精度由外部定时元件决定.MC14538B是一个双重,可重新触发,可复位的单稳态多谐振荡器。它可以从输入脉冲的任一边沿触发,并在很宽的宽度范围内产生精确的输出脉冲,其持续时间和精度由外部定时分量C 和R 确定。 br

  输出脉冲宽度=(Cx)(Rx)其中: Rx在k中?Cx在F A触发输入上允许的无限上升和下降时间 脉冲宽度范围= 10 s至10 s 锁存触发输入 单独锁存复位输入 3.0 Vdc至18 Vdc操作限制 可从正(A输入)或负向边缘(B输入)触发 能够驱动两个低功耗TTL负载或一个低功耗肖特基TTL负载超过额定温度范围 引脚兼容MC14528B和CD4528B(CD4098) 使用MC54 / 74HC4538A的脉冲宽度小于10 带有高达6 V的电源。 可提供无铅封装* 电路图、引脚图和封装图...

  信息 MC14528B是一款双重,可重新触发,可复位的单稳态多谐振荡器。它可以从输入脉冲的任一边沿触发,并在宽的宽度范围内产生输出脉冲,其持续时间由外部定时分量C 1和R 1确定。 单独复位可用 所有输入上的二极管保护 可从前沿或后沿脉冲触发 电源电压范围= 3.0 Vdc至18 Vdc 能够在额定温度范围内驱动两个低功率TTL负载或一个低功耗肖特基TTL负载 此部分仅应用于脉冲宽度 注意:对于要求脉冲宽度

  10μs的设计,请参见MC14538,它与引脚兼容。 可提供无铅封装 电路图、引脚图和封装图...

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