Функциональный генератор на МК PIC18F452 и MAX038 (v.1.1) (часть 1)

Дополнительные функции

Тестовый режим: на выходе OUT_TTL формируются прямоугольные импульсы счастотой 1 МГц, 100 кГц, 10 кГц, 1 кГц, 100 Гц, 10 Гц или 1 Гц и уровнем TTL. Погрешность не превышает 0,001 %.

Таймер: на выходе OUT_TTL формируется прямоугольный импульс длительностью от 1 мкс до 100 с с шагом установки 1 мкс (в интервале до 10 мс), 10 мкс (в интервале до 100 мс), 100 мкс (в интервале до 1 с), 1 мс (в интервале до 10 с) и 10 мс (в интервале до 100 с).

Импульс может быть сформирован лог 1 (H) или лог. 0 (L). Запуск таймера может быть ручной или внешним импульсом по входу IN_TTL. При внешнем запуске есть возможность сделать задержку запуска в пределах 5 мкс...10 с по фронту синхроимпульса на входе IN_tTl. Задержка запуска имеет два ин-тервала: 5мкс...10мс (шаг установки 1 мкс) и 0...10 с (шаг установки 1 мс).

Генератор пакета импульсов: на выходе OUT_TTL формируется пакет прямоугольных импульсов длительностью от 3 мкс до 65535 мкс, паузой между импульсами от 3 мкс до 65535 мкс и числом импульсов от 1 до 65535. Дискретность установки: для длительности импульса - 1 мкс, для числа импульсов - 1 импульс. В этом режиме прибор может работать как генератор непрерывных импульсов. Для этого необходимо установить число импульсов, равное нулю (N_p=0).

Генератор импульсов с псевдослучайной последовательностью: на выходе OUT_TTL формируются прямоугольные импульсы с псевдослучайной последовательностью.

Диапазон измерения частоты (цифровой вход IN_TTL) - 1 Гц...50 мГц  уровня TTL. Погрешность измерения частоты в диапазоне 1 Гц...10кГц не превышает 0,001 %, в диапазоне 10кГц...1 МГц не превышает ±1 Гц, в диапазоне частот свыше 1 МГц не превышает 0,001 %.

Интервал измерения длительности импульсов лог. 1 и лог. 0 - 1 мкс...1 с (по входу IN_TTL при входной частоте до 10 кГц). Погрешность измерения - ±1 мкс.

Интервал измерения длительности импульсов лог. 1 и лог. 0 - 10 нс...100 мкс (по входу IN_TTL при входной частоте от 10 кГц до 50 МГц). Погрешность измерения в интервале 10...1000 нс - ±5 нс, в интервале 1...100 мкс не превышает 5 %.

Производит счёт импульсов (цифровой вход IN_TTL) в интервале от 1 до 108 при длительности входного импульса более 10 нс и паузы между импульсами более 10 нс.

Микросхема MAX038 - высокочастотная прецизионная, позволяющая генерировать треугольные, пилообразные, синусоидальные, прямоугольные и импульсные сигналы с минимумом внешних компонентов. Выходная частота может регулироваться в диапазоне частот от 0,1 Гц до 20 МГц при подключённых внешних резисторе и конденсаторе. Скважность можно варьировать в широком интервале, подавая управляющий сигнал ±2,4 В, облегчающий широтно-импульсную модуляцию и генерацию пилообразных сигналов. Частотная модуляция и частотная генерация достигаются таким же образом. Регулировки скважности и частоты независимы друг от друга. Синусоидальную, прямоугольную или треугольную формы сигнала можно выбрать, установив соответствующий код на двух TTL-совместимых контактах выбора. Выходной сигнал для всех случаев симметричен относительно общего провода. Выход с низким импедансом допускает ток до ±20 мА. TTL-совместимый выход SYNC от внутреннего генератора поддерживает коэффициент заполнения 50 % (скважность равна двум), независимо от коэффициента заполнения других сигналов - для синхронизации других устройств в системе. Внутренний генератор может синхронизироваться внешними генераторами уровней TTL, подключёнными к входу PDI.

Частоту и скважность можно независимо регулировать путём программирования тока, напряжения или сопротивления. Необходимую форму выходного сигнала выбирают установкой соответствующего кода на входах A0 и A1. Mикросхема работоспособна при напряжении питания ±5 В ±5 %. Основной внутренний генератор представляет собой релаксационный генератор, который работает, попеременно заряжая и разряжая постоянным током внешний конденсатор, одновременно формируя треугольный и прямоугольный сигналы. Зарядные и разрядные токи управляются током, втекающим по входу IIN, и могут модулироваться напряжениями по входам FADJ и DADJ. Ток в IIN может быть варьироваться от 2 до 750 мкА, при этом формируется более двух декад частоты для любого значения ёмкости внешнего конденсатора. Напряжение ±2,4 В на входе FADJ изменяет номинальную частоту на ±70 %. Это можно использовать для точного управления частотой. Коэффициент заполнения можно регулировать от 10 до 90% подачей напряжения ±2,3 В на вход DADJ. Это напряжение изменяет соотношение зарядного и разрядного токов при сохранении почти постоянной частоты.

Стабильное образцовое напряжение 2,5 В на выходе REF, поступающее на входы IIN, FADJ или DADJ через переменные резисторы, позволяет регулировать параметры выходного сигнала генератора. Входы FADJ и/или DADJ можно соединить с общим проводом, создав номинальную частоту с коэффициентом заполнения 50 %. Выходная частота обратно пропорциональна ёмкости внешнего конденсатора. Ёмкость может быть выбрана для получения частоты выше 20 МГц. Треугольный сигнал внутреннего генератора преобразует внутренние узлы в синусоиду с низким уровнем искажений и с постоянной амплитудой. Выходной усилитель выдаёт постоянную амплитуду (±1 В) независимо от формы сигнала и частоты. Треугольный сигнал также поступает на компаратор, который формирует прямоугольный сигнал SYNC, который может использоваться для синхронизации других генераторов. Узел синхронизации имеет отдельные выводы питания и может быть отключён. Во внутреннем генераторе формируются два прямоугольных квадратурных сигнала, они поступают на один вход фазового детектора, построенного по схеме "исключающее ИЛИ". Другой вход фазового детектора (вход PDI) можно подключить к внешнему генератору. Выход фазового детектора (PDO) - источник тока, может быть подключён непосредственно к входу FADJ для синхронизации MAX038 с внешним генератором. Переключение формы сигнала может быть выполнено в любое время без пропуска по фазе. Происходит переключение в пределах 0,3 мкс, но может быть небольшой переходный процесс в выходном сигнале длительностью 0,5 мкс. Выходная частота определяется током, поступающим по входу IIN, ёмкостью конденсатора, подключённого между выводом COSC и общим проводом, и напряжением на выводе FADJ.

Оптимальная работа микросхемы достигается при токе по входу IIN в интервале между 10 и 400 мкА, хотя хорошая линейность достигается от 2 до 750 мкА. Токи за пределами этого интервала не рекомендуются. Для работы на фиксированной частоте устанавливают ток примерно 100 мкА и выбирают подходящее значение ёмкости конденсатора. При таком токе температурный коэффициент имеет наименьшее значение и при изменении коэффициента заполнения имеет наименьший сдвиг частоты. Ёмкость конденсатора может варьироваться от 20 пФ до более 100 мкФ, но паразитная ёмкость цепи должна быть сведена к минимуму с помощью коротких проводников. Частота выше 20 МГц возможна, но тогда искажение сигнала увеличивается. Низшая частота ограничена утечкой конденсатора, подключённого к выводу COSC, и требуемой точностью выходной частоты. Работа на самой низкой частоте с хорошей стабильностью обычно достигается с неполярным конденсатором ёмкостью 10 мкФ или более.

Микросхемой по входу IIN можно управлять либо от источника тока (IIN), либо напряжением (VIN) с включённым последовательно с источником резистором (Rin). Резистор, включённый между выводами REF и IIN, обеспечивает ток входа IIN = VRef/Rin. Когда частота сигнала управляется напряжением от источника с последовательно включённым постоянным резистором, выходная частота прямо пропорциональна напряжению. Например, используя резистор сопротивлением 10 кОм и изменяя напряжение от 20 мВ до 7,5 В, можно получить большой диапазон изменения частоты, до 375. Сопротивление резистора выбирают так, чтобы ток входа IIN оставался в интервале от 2 до 750 мкА. Полоса пропускания усилителя управления по входу IIN, которая ограничивает модулирующую частоту сигнала, как правило, 2 МГц. Вход IIN можно использовать в качестве точки суммирования для добавления или вычитания токов от нескольких источников. Это позволяет получить частоту в виде функции от суммы нескольких переменных. Когда напряжение приближается к 0 В, ошибка увеличивается из-за напряжения смещения входа IIN. Выходная частота будет смещена на 1 % от её конечного значения в течение 10 с после включения питания.

Выходная частота может быть модулирована по входу FADJ, который предназначен, в основном, для точной регулировки частоты обычно внутри контуров фазовой автоподстройки частоты. Когда центральная частота установлена током по входу IIN, можно подстроить частоту, подав на вход FADJ напряжение, отличное от 0 В. Это напряжение может быть в интервале от -2,4 В до +2,4 В, что приводит к изменению частоты от 1,7 до 0,3 от исходного значения при отсутствии напряжения на входе FADJ. Напряжение за пределами интервала ±2,4 В может вызвать нестабильность или привести к уходу частоты в обратную сторону.