MAX038资料中文

高频信号发生器
_______________概述
MAX038是一种只需极少外围电路就能实现高 频、高精度输出三角波、锯齿波、正弦波、方波 和脉冲波的精密高频函数发生器芯片。

内部提供 的2.5V 基准电压和一个外接电阻和电容可以控制 输出频率范围在0.1Hz 到20MHz 。

占空比可在较大 的范围内由一个±2.3V的线性信号控制变化，便 于进行脉冲宽度调制和产生锯齿波。

频率调整和 频率扫描可以用同样的方式实现。

占空比和频率 控制是独立的。

通过设置2个TTL 逻辑地址引脚合适的逻辑电 平，能设定正弦波，方波或三角波的输出。

所有 波形的输出都是峰-峰值为±2VP -P 的信号。

低阻 抗输出能力可以达到±20mA。

____________________________性能
o 频率调节范围：0.1Hz 到20MHz
o 三角波, 锯齿波, 正弦波, 方波和脉冲波 o 频率和占空比独立可调 o 频率扫描范围：350：1 o 可控占空比：15%到85% o 低阻抗输出缓冲器： 0.1Ω o 低失真正弦波： 0.75% o 低温度漂移： 200ppm/°C
______________型号信息
TTL 逻辑地址引脚SYNC 从内部振荡器输出占 空比固定为50%的信号，不受其它波占空比的影 响，从而同步系统中其它振荡器。

内部振荡器 允许被连接着相位检波器输入端（PDI ）的外部 TTL 时钟同步。

型号 MAX038CPP MAX038CWP MAX038C/D MAX038EPP MAX038EWP
工作温度 0°C 到 +70°C 0°C 到 +70°C 0°C 到 +70°C -40°C 到 +85°C -40°C 到 +85°C
引脚--封装 20 Plastic DIP 20 SO Dice* 20 Plastic DIP 20 SO
.
__________________应用
精密函数信号发生器 压控振荡器 频率调制器
*Contact factory for dice specifications.
__________________引脚图
脉宽调制器 锁相环 频率合成器
FSK 发生器（正弦波和方波）
________________________________________________________________ Maxim Integrated Products
1
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MAX038
高频信号发生器
图1. 内部结构及基本工作电路
_______________ 详细说明
MAX038是一种高频函数信号发生器，它可以使 用最少的外部元件而产生低失真正弦波，三角波， 锯齿波，方波（脉冲波）。

它的频率输出范围为0.1 Hz 到20MHz 或更高。

输出波形的频率和占空比可以通 过调节电流，电压或电阻来独立控制。

通过设置A0和 A1输入端适当的电平，用逻辑控制的方法来选择所 需的输出波形。

一个SYNC 输出和一个相位检波器被 用来简化跟踪一个外部的信号源所需的设计。

de
MAX038采用±5V双电源供电，电压允许变化 ±5%。

基本的振荡器是一个交变地以恒流向电容C F 充电和放电的张弛振荡器，可同时产生三角波和方 波（图１）。

充放电的电流是由流入tajIIN 端的电流 来控制的，并由加到FADJ 和DADJ 上的电压调制。

流入IIN 端的电流可由2µA变化到750µA，对任一C F
值可产生大于两个数量级（100倍）的频率变化。

在 FADJ 引脚上加±2.4V可改变±70%的标称频率（与V FADJ = 0V 时比较）。

此方法可用于频率精确地控制。

占空比（输出波形为正时所占时间的百分比）可由 加到DADJ 引脚上±2.3V之间的电压来控制，其变化从10% 变化到90% 。

这个电压改变了C F 充、放电电流的比值， 而维持频率近似不变。

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M A X 038
高频信号发生器
REF引脚的2.5V 基准电压可以用固定电阻简单地连接到IIN, FADJ, 或 DADJ引脚，也可FADJ上的电压V FADJ 决定的。

当V FADJ = 0V时,基本输出频率Fo由下式给出:
用电位器从这些输入端接到REF端进行调整。

FADJ和DADJ接地可以产生具有50%占空比的标称频率的信号。

输出频率反比于电容器C F，选择C F的值
F o (MHz) = I IN(µA) ÷C F(pF)
其周期t o为:
t o (µs) = C F (pF) ÷I IN(µA)
其中：
[1]
[2]
可以产生高于20MHz的频率。

一个正弦波形成电路把振荡器的三角波转变成具有等幅的低失真的正弦波。

三角波、正弦波和矩形波输入一个多路器。

两根地址线从这3路波形中选用一个。

不管是什么波
形或频率，输出放大器都产生一个等幅的
峰-峰值为2V P-P(±1V)的信号。

三角波被送到一个产生高速矩形波（SYNC）的比较器去，它可以用来同步其它的振荡器。

SYNC电路具有单独的电源引线因而可以被禁止。

由基本振荡器产生的另两个90º相移的
矩形波送到一个“异或”相位检波器的一边。

相位检波器的输入端（PDI）可接到一个外
部的振荡器。

相位检波器的输出端（PDO）
是一个可以直接连接到FADJ输入端的电流源，用一个外部的振荡器来同步MAX038。

波形选择MAX038 可以产生正弦波、矩形波或三角波形。

TTL/CMOS逻辑地址引脚(A0和A1)用来设置波形。

A0A1输出波形
I IN= 流入I IN引脚的电流(2µA到750µA)
C F= 连接着COSC引脚和地的电容(20pF
～>100µF)
例如：
0.5MHz = 100µA ÷ 200pF
还有：
2µs = 200pF ÷ 100µA
要获得最佳性能,选择I IN在10～400μΑ间,即使选择I IN在2～750μA也可获得好的线性。

建议不要电流超过这个范围。

对于固定工作频率,使I IN 大约为100μA ,并选择一个适当的电容值。

在这个电流下具有最小的温度系数,并且当改变占空比时,产生最小的频率偏移。

C F电容的范围可在20pF～>100µF中选取，但是必须用短的引线使电路的分布电容减到最小。

在COSC引脚以及它的引线的周围用一个接地平面以减小其他杂散信号对这个支路的耦合。

振荡频率高于20MHz也是可能的，但是在这种条件下，波形失真会加剧。

低频振荡的限制是由C F的漏电流和所需的输出频率准确所决定的。

具有良好精度的最低工作频率通常用10pF或更大的非极化电容来获得。

一个内部的闭环放大器迫使I IN流向虚拟地，并使输入偏置电压小于±2mV。

I IN可以用一个电流源
X 0 1 1
正弦波
方波
三角波
(I IN)或用一个电阻(R IN)串联所获得的电压（V IN）
来产生。

（一个接在REF引脚端和IIN引脚端的电阻
R IN可提供产生I IN的便利方法: I IN= V REF / R IN。

）
当使用串联电阻所产生的电压时，振荡频率计算公
式为：
X = 任意
波形切换可以在任意时候进行，而不管
输出信号的相位。

切换时间小于0.3µs，但是
输出波形可能有延续0.5µs的过渡状态。

波形同步
输出频率输出信号的频率由注入引脚IIN的电流I IN
大小，COSC引脚端接的电容C F 大小以及引脚
F o (MHz) = V IN÷ [R IN x C F(pF)] [3] 还有周期：
t o (µs) = C F (pF) x R IN÷V IN[4]
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MAX038
高频信号发生器
当MAX038的输出频率是由一个电压源（V IN ）与 固定电阻（R IN ）串联来控制时，如上面公式所 示，输出频率是V IN 的线性函数。

振荡器的频率 随V IN 的调节而变化。

举例来说，R IN =10k Ω，V IN 从20mV 变化到7.5V ，频率将发生极大的变化（高 达375：1）。

选择R IN 时应使V IN 保持在2µA至750µA 这一范围之内。

I IN 的控制放大器的带宽限制了调 制信号的最高频率，它的典型值为2MHz 。

I IN 引脚可以被用作求和点。

由几个信号源电 流相加或相减。

这就允许输出频率是几个变量之 和的函数。

当V IN 趋于0V 时，由于IIN 引脚的偏移 电压的影响，I IN 的误差将增大。

在供电10秒后，输出频率与最终值将会有1% 的误差。

FADJ 的输入
输出频率可以由引脚FADJ 调制，它通过内部 的锁相环，主要用于精细频率控制。

一旦基本频 率或者中心频率（Fo ）由I IN 来设置，它还可在引 脚FADJ 上重新设置不同于0V 的电压V FADJ 。

电压 V FADJ 可以在-2.4V ~+2.4V 内变化，从而引起基频 （V FADJ = 0V 时的输出频率值）从1.7~0.3倍（即 Fo ± 70%）的变化。

电压V FADJ 超过±2.4V，将引
t o = 当V FADJ =0V 时的周期 反之，如果V FADJ 是已知，则：
F x = F o x (1 - [0.2915 x V FADJ ]) [8]
而周期(t x )为：
t x = t o ÷ (1 - [0.2915 x V FADJ ])
[9]
FADJ 的调节 在引脚FADJ 有一个由引脚V - 提供的250μA 的恒流源,而V -必须由电压源提供, V - 通常是一 个运算放大器的输出。

在这里恒流源的温度系数变 得不重要。

对于偏移的手工调整,用一个电阻可以 建立V FADJ ,但是这时250μA 恒流源的温度系数 变得重要,这是由于外部电阻不能与内部的温度系 数曲线匹配。

使用外部电阻来调节V FADJ 仅是手 工操作的需要,使操作者能对误差进行校正。

这一 限定并不适用于当V FADJ 是一个真正的电压源。

连接引脚REF （+2.5V ）和引脚FADJ 的可变电阻 R F 为手动建立频率偏移提供了一种方便的手段。

R F 阻值为：
起不稳定和频率反斜率变化。

R F = (V REF - V FADJ ) ÷ 250µA
[10]
当输出频率偏离Fo 时，在引脚FADJ 上所需的
电压为Dx （以%表示），用Dx 表示V FADJ 公式如
下：
V REF 和V FADJ 是有符号的数,所以使用时要注 意正确的代数约定。

例如，若V FADJ 为-2.0V （+58.3%
的偏移），则公式变为：
R F = (+2.5V - (-2.0V)) ÷ 250µA
V FADJ = -0.0343 x Dx [5]
= (4.5V) ÷ 250µA 其中FADJ 引脚的电压V FADJ 变化范围为：-2.4V
~+2.4V 。

= 18k Ω
FADJ 禁止
注:虽然I IN 正比于基本频率或是中心频率（Fo ）， 而V FADJ 则是以百分比（%）线性相关地偏离Fo ， V FADJ 向某一方变化，相应于向加或减的方向偏 离。

对于任何频率，引脚FADJ 上的电压V FADJ 由下 式给出：
V FADJ = (F o - F x ) ÷ (0.2915 x F o )
[6]
其中： F x = 输出频率
F o = 当V FADJ =0V 时的频率 同样，采用周期来计算有：
FADJ 引脚端电路对输出频率增加了一个小的温 度系数。

对于临界开环应用，这可以用一个12k Ω 电阻（ 图2中的R1）FADJ 引脚端连接到地（非REF 引脚）来禁止。

通过引脚FADJ 的-250µA吸收电流会 在这个电阻上产生-3V 的电压，这会导致两种结果。

第一种，FADJ 电路仍处于线性区，但是从主振荡 器分离，从而改进温度稳定性。

第二种，振荡频率 加倍。

如果FADJ 以这种方式被禁止，务必改正以上 出现过的公式1-4和公式6-9，还有下面将要出现的 公式12和14，将其中的Fo 的值加倍或减半。

虽然这 种方法加倍了频率的正常输出，但并不加倍频率上 限。

不要使FADJ 开路或使电压小于-3.5V 。

这样做可 能造成集成电路内的晶体管饱和，从而导致不必要 V FADJ = 3.43 x (t x - t o ) ÷ t x
其中： t x = 输出周期
[7]
的频率和占空比的改变。

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M A X 038
高频信号发生器图2. 正弦波输出和50%占空比操作电路; 引脚SYNC和引脚FADJ禁止
FADJ虽被禁止，输出频率仍可由调节I IN来改变。

频率扫描操作通过在IIN引脚或FADJ引脚施加不同程度的
信号来扫描输出频率。

IIN有一个更宽的范围，
稍为缓慢的反应，更低的温度系数，并且要求一个单极性电流源。

当扫描范围不到中心频率的70%时，FADJ可以被使用。

它适用于锁相环和其他低偏差，高精度闭合环路控制。

它使用一对地对称
DADJ可以用来减少正弦波失真。

未调整（V DADJ = 0V）的占空比是50%±2% ，而偏离准确的50%时引起偶次谐波的产生。

通过加一个小的调整电压（通常小于± 100 mv）到DADJ端，可以达到确切对称和失真减至最少（见图2）。

用来产生特定占空比所需引脚DADJ上的电压可由下式给出：
的扫描电压。

连接REF，电压源，FADJ或IIN之间的电阻网或：
V DADJ= (50% - dc) x 0.0575 [11]
络是一个补偿扫描电压的简便方法。

占空比DADJ引脚端上的电压控制波形的占空比（定义为输出波形为正时所占时间的百分数）。

通常V DADJ =0V，则占空比为50%（图2）。

此电压从+2.3V变化到-2.3V将引起输出占空比从15%～85%变化，约电压变化1V可使占空比变化15%。

当电
V DADJ= (0.5 - [t ON ÷ t o]) x 5.75 [12] 其中：
V DADJ= 引脚DADJ上的电压（注意极性）
dc = 占空比(用%计算)
t ON = 波形为高电平的时间
t o = 波形周期.
反过来说，如果V DADJ是已知的，dc及t ON 分别为：
压超出-2.3V～+2.3V范围时将使输出频率偏移或dc = 50% - (V DADJ x 17.4) [13]
引起不稳定。

t ON = t o x (0.5 - [V
DADJ x 0.174]) [14]
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MAX038
高频信号发生器
DADJ 的调节
DADJ 与FADJ 类似,它有一个由引脚V - 提供的250μA 的恒流源,V - 必须是电压源。

这个电压源通常是一个运算放大器的输出,而 且电流源的温度系数并不重要。

为了手工调 整占空比,可使用一个可变电阻来建立V DADJ , 但这时250μA 恒流源的温度系数变得重要, 因为外部电阻不能与内部温度系数曲线匹配。

使用外部电阻来调整V DADJ 仅为了手工操作, 这时操作者可更正误差。

当V DADJ 是一个调 准了的电压源时,这种方法不必使用。

连接引脚REF(+2.5V)和引脚DADJ 的电阻R D ， 提供了一个调节占空比的方便方法, R D 的阻值 为:
R D = (V REF - V DADJ ) ÷ 250µA [15]
请注意,式(14) 中V REF 和V DADJ 两者都是
带符号的,因此要注意其符号的使用。

例如,若 V DADJ 为-1. 5V(23 %的占空比) ,则式(14) 变 为:
R D = (+2.5V - (-1.5V)) ÷ 250µA
= (4.0V) ÷ 250µA = 16k Ω
在15%～85%范围内改变占空比对输出频率 的影响最小。

当25µA < I IN < 250µA时，典型 值小于2%。

DADJ 电路是宽带的，可以用高至2 MHz 的信号来调制（见照片，典型操作特征）。

输出级
输出级能输出幅度为2V P-P 的有关波形，对 地对称，即对地电位而言则是-1V ～+1V 。

输出 阻抗小于0.1Ω，可直接向50 pF 的容性负载提
供的驱动电流为±20mA。

若负载电容C L ＞50 pF ， 则应通过电阻（典型值为50Ω）或缓冲器接负载。

基准电压
REF 是一个2.5V 稳定的能带隙基准电压，输 出电流可达4mA,灌入电流是100µA。

它主要是用 来为引脚IIN 提供稳定的电流或为引脚DADJ 和引 脚FADJ 提供控制电压。

当然它也可用于MAX038外 部的其他应用。

可以用100nF 的旁路电容接引脚 REF 以减少噪声。

电阻和电容的选择
MAX038可以长时间地在温度范围内产生一个 稳定的频率输出，但是如果不慎重选择决定基频 的电阻电容，将会降低器件的功能。

电阻选用精 度为1%或更好的金属膜电阻，电容选用在整个温 度范围内都是低温度系数的电容。

NPO 陶瓷电容
通常令人满意。

引脚COSC 端上的电压是幅度为0V ～-1V 的三角 波。

极化电容通常不推荐使用（因为它们离谱的温 度依赖性和漏电流），但是如果使用这种电容，得 将电容负极接到引脚COSC 端，正极接地。

大容量电 容的选用对产生超低频来说是必要的，要小心选择， 因为大电容的大漏电流及高电介质吸收将潜在地影 响C F 正常的充电和放电。

如果可能的话，对于给定 的频率，使用较低的IIN 引脚电流，以减少电容的 容量。

SYNC 输出
引脚SYNC 是一个能用来同步外部电路的TTL/CMOS 兼容输出端。

SYNC 输出是一个方波，其上升沿与正弦 波或三角波上升通过0V 的点重合。

当选择了方波时， SYNC 上升沿出现在输出方波正半周的中点, 实际上超 前输出信号90°。

SYNC 的占空比固定为50%并且由DADJ 独立控制。

因为SYNC 是一个高速TTL 输出口，它在引脚DGND 和引脚DV+上产生的高速瞬变电流会辐射能量至输出 输出电路, 使输出信号产生尖脉冲（这种尖脉冲在 带宽小于100MHz 的示波器上是很难看到的。

）。

集成 电路插座的电感和电容会增大这种效应，因此引脚 SYCN 在使用时，不推荐用插座。

引脚SYNC 由单独的 地和电源引脚(DGND 和DV+)供电，可以通过开路引 脚DV+使之被禁止。

如果不需和外部电路同步, 将 DV+开路以断开SYNC 从而抑制尖脉冲。

相位检测器
内部相位检测器
MAX038包含一个TTL/ CMOS 相位检测器，它 可以用在锁相环（PLL ），使输出的振荡器波形与 外部信号同步（见图3）。

外部信号源接到相位检 波器输入端（PDI ），由PDO 得到相位检测器输出。

PDO 是一个异或门输出，即便PDI 接地，也能产生 一个矩形电流脉冲串输出。

PDO 通常接到FADJ 引脚，同时接一个电阻R PD 并联一个电容C PD 到 地。

R PD 控制相位检测器增益，而C PD 衰减高频 分量并在锁相环检波器中形成一个极点。

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M A X 038
高频信号发生器
相位偏差（偏离相位正交）取决于锁相环 （PLL ）的开环增益和外部信号源振荡器的初 始频率偏差。

振荡器转折增益（K o ）是：
K O = ∆ωo ÷∆VF ADJ
[17]
从公式[6]知:
K O = 3.43 x ωo (弧度/秒)
[18]
锁相环（PLL ）系统环路增益（K V ）是： K V = K D x K O 其中：
K D = 检测器增益
[19] K O = 振荡器增益
结合环路滤波器的响应频率F （s ），开环传递 函数T （s ）为：
T(s) = K D x K O x F(s) ÷ s [20]
运用线性反馈分析技术，闭环传输特性，H （s ）， 与开环传递函数有如下关系：
H(s) = T(s) ÷ [1+ T(s)]
[21]
PDO 是一个矩形电流脉冲串，平均电流在 0～500µA之间变化。

当MAX038输出与PDI 的相 位正交时（相位差90°），它有50%的占空比。

当相位差为180°时，占空比达到100%；相反， 当相位差为0°时占空比为0。

相位检测器的 增益K D 由下式表达:
K D = 0.318 x R PD (伏特/弧度)
[16]
其中R PD =相位检测器增益设置电阻
当环路锁住时, 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 (引脚FADJ 的灌入电流)。

该电流由引脚 FADJ 和R PD 分离, 但总有250uA 进入FADJ 端，其 余电流则在R PD 上分流以产生V FADJ （双极性）。

举例来说，随着相位差增加， PDO 的占空比增 大，平均电流也随之增加，R PD 上的电压（还有 V FADJ ）在正极变得更大。

这反过来又降低了振 荡频率，减少相位差，从而保持锁相。

R PD 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C PD 充 电, 所以V FADJ 的变化率(锁相环带宽)和C PD 成 反比。

瞬态性能和锁相环（PLL ）的频率响应取决于滤 波器的特性的选择， F （s ）。

当MAX038内部相位检测器不用时， PDI 与PDO 应 连接到地。

外部相位检测器
外部相位检测器可用于代替内部相位检测器。

图 4中所示的外部相位检测器与MAX038的内部相位检测器 有着相同的功用，但选择÷N 电路可以被放置在SYNC 输 出端与相位检测器之间，用于以一个要求的准确倍数 来同步外部振荡器。

由R4，R5，R6组成的电阻网络设 置同步范围，而电容器C4设置捕捉范围。

注意，这类 型的相位检测器（或没有÷ N 电路）在跟踪外部振荡 器的谐波的同时也会跟踪基频。

在没有外部信号输入 的情况下，这个电路具有不可预测性，这取决于外部 直流输入水平。

图4显示的是一个频率相位检测器只跟踪外部振荡 器的基频。

在没有外部信号输入的情况下，频率相位 检测器输出的是一个正的直流电压并且振荡器的最低 频率由R4，R5和R6设定。

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MAX038。