现代电子系统设计课件第六节.pptVIP

第6章 电子系统综合设计举例 实用信号源的设计； 正弦信号发生器的设计； 脉冲信号发生器的设计； 数据采集系统的设计。 实用电子系统设计的一般步骤： 1.审题 2.方案选择与可行性论证 3.单元设计、计算和元件选择 4.系统的组装实现及调试 6.1 实用信号源的设计 信号源是电子系统设计、测试、维修所必需的仪器。它的性能、指标、使用方法对于广大电子线路工作者的工作有着重大影响。因此，本节重点要求大家掌握信号源的组成并能够自己设计一个高指标的信号源。 6.1.1 审题 分析该信号源的设计技术指标，基本上可以分解为以下5项： 1. 振荡部分技术要求 （1）输出信号的频率：20Hz~20kHz （2）频率的稳定度不劣于10-5 2. 频率调节和指示部分技术要求 （1）输出信号的频率单位为Hz （2）输出信号的频率可预置 （3）频率调节的步距为1Hz （4）用5位十进制数显示输出信号的频率 3. 输出波形部分技术要求 （1）输出正弦波，要求非线性失真系数≤3％ （2）输出三角波，要求波形为等腰三角形，波形的非线性系数≤2％ （3）输出方波，要求 ①输出信号的上升时间和下降时间小于1μs ②输出信号的平顶降落小于5％ ③占空比调节步距为2％ ④占空比调节范围为2％～98％ 4. 输出信号幅度调节与指示部分技术要求 （1）输出信号幅度的调节步距为0.1V，步进调节范围0.1～3.0V （2）用2位十进制数显示输出信号的峰峰值。 5. 输出电路部分技术要求 （1）放大器的输出阻抗等于75Ω （2）输出信号峰峰值的最大值不小于3V 通过以上分析，整个系统的原理框图可以表示如下： 6.1.2 方案论证 6.1.2.1 信号源频率稳定度 振荡电路： RC移相振荡器、文氏电桥振荡器、高精度的V/F变换器、利用运放产生三角波方波信号、利用ICL8038产生信号、用频率合成方法产生可变频信号、利用DDS方法产生信号、利用单片机产生信号波形、利用数字比例乘法器CD4527产生可变频率信号等。 频率合成器是能够产生大量与基准参考源有同样精度和稳定度的离散频率信号的振荡源。 频率合成技术利用了锁相环电路产生振荡。 6.1.2.2输出波形部分 (1)应用集成函数发生器ICL8038产生方波、三角波、正弦波信号 ICL8038 ICL8038振荡频率范围：0～300kHz，正弦波非线性失真系数小于0.5%。频率取决于④脚和⑤脚的电流和⑩脚对地的定时电容。当流入④脚和⑤脚的电流相等时，输出信号分别是占空比为50%的方波、等腰三角波和正弦波；当流入④脚和⑤脚的电流不等时，输出的波形成为非对称的方波、三角波和失真的正弦波。 ICL8038 改变⑩脚对地的定时电容可以实现振荡频率的粗调；在④脚和⑤脚接一个差分电路，改变差分电路的总电流可以实现振荡频率的细调，改变差分电路两个电流的比例可以改变方波的占空比。⑧脚压控输入端直接接⑦脚内部偏置输出端，使其不起作用。 应用 ICL8038输出波形方案 应用 ICL8038方案分析 优点：波形由ICL8038产生，不必做其他的变换，外加的锁相环电路保证了信号的频率稳定度，所有的电路都在音频条件下工作，所以数字电路都可以用CMOS器件，可以大大降低电路的功耗。 缺点：产生信号波形电路的结构相对来说略为复杂，由于有较多的模拟电路，调试比较麻烦，工作量大。 本方案的致病弱点是鉴相器的工作频率大太低（1Hz），必然会大大增加频率变化时环路的锁定时间。因此本方案不是一个好的方案。 （2）采用查表方法获得多种输出波形 6.1.3方案细化 6.1.3.1 产生振荡信号的几种方案 （1）以ICL8038集成函数发生器为核心产生振荡信号。 （2）数字直接合成（DDS）方法产生振荡信号 通过改变累加器的步进量实现频率的改变。 （2）数字直接合成（DDS）方法产生振荡信号 当输出信号的频率较高时，由于每周的节拍数减少，波形逐渐变得不精细。 对于本题，系统时钟按200个采样点来算，信号周期，步进1Hz，, n=22。 优点：保证输出信号的频率稳定性，可以方便地调节、预置频率，波形变换方便，频率和波形的切换响应快，无过渡过程，电路结构简单，工作稳定可靠。 缺点：在输出信号频率较高时，方波信号的边沿会产生抖动。 （3）锁相频率合成技术方案 与DDS类似，采用查表方式，通过改变ROM地址产生器的时钟CP频率来改变输出信号的频率，而时钟信号来自锁相环路VCO的输出。 （3）锁相频率合成技术方案 步进1Hz，fr=200Hz。 fVCOmin=20×200=4kHz，fVCOmax=20k×200=4MHz，频率覆盖率为1000。 若采用单片集成锁相环74HC4046，其VCO最高工作频率为30MHz，频率覆盖率为1