信號(hào)發(fā)生器一般區(qū)分為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器及任意波形發(fā)生器,而函數(shù)波形發(fā)生器在設(shè)計(jì)上又區(qū)分出模擬及數(shù)字合成式。眾所周知,數(shù)字合成式函數(shù)信號(hào)源無論就頻率、幅度乃至信號(hào)的信噪比(S/N)均優(yōu)于模擬,其鎖相環(huán)(PLL)的設(shè)計(jì)讓輸出信號(hào)不僅是頻率精準(zhǔn),而且相位抖動(dòng)(phaseJitter)及頻率漂移均能達(dá)到相當(dāng)穩(wěn)定的狀態(tài),但畢竟是數(shù)字式信號(hào)源,數(shù)字電路與模擬電路之間的干擾,始終難以有效克服,也造成在小信號(hào)的輸出上不如模擬式的函數(shù)信號(hào)發(fā)。
這是通用模擬式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu),是以三角波產(chǎn)生電路為基礎(chǔ)經(jīng)二極管所構(gòu)成的正弦波整型電路產(chǎn)生正弦波,同時(shí)經(jīng)由比較器的比較產(chǎn)生方波,換句話說,如果以恒流源對(duì)電容充電,即可產(chǎn)生正斜率的斜波。同理,右以恒流源將儲(chǔ)存在電容上的電荷放電即產(chǎn)生負(fù)斜率的斜波,電路結(jié)構(gòu)如下:
當(dāng)I1=I2時(shí),即可產(chǎn)生對(duì)稱的三角波,如果I1>I2,此時(shí)即產(chǎn)生負(fù)斜率的鋸齒波,同理I1<I2即產(chǎn)生正斜率鋸齒波。
開關(guān)SW1的選擇即可讓充電速度呈倍數(shù)改變,也就是改變信號(hào)的頻率,這也就是信號(hào)源面板上頻率檔的選擇開關(guān)。同樣的同步地改變I1及I2,也可以改變頻率,這也就是信號(hào)源上調(diào)整頻率的電位器,只不過需要簡(jiǎn)單地將原本是電壓信號(hào)轉(zhuǎn)成電流而已。
而在占空比調(diào)整上的設(shè)計(jì)有下列兩種思路:
1、改變電平的幅度,亦即改變方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度,即可達(dá)到改變脈寬而頻率不變的特性,但其最主要的缺點(diǎn)是占空比一般無法調(diào)到20%以下,導(dǎo)致在采樣電路實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)瞬時(shí)信號(hào)所采集出來的信號(hào)有所變動(dòng),如果要將此信號(hào)用來作模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換,那么得到的數(shù)字信號(hào)就發(fā)生變動(dòng)而無所適從。但蝗莘袢系腦謔褂蒙媳冉蝦玫鰲?
2、占空比變,頻率跟著改變,其方法如下:
將方波產(chǎn)生電路比較器的參考幅度予以固定(正、負(fù)可利用電路予以切換),改變充放電斜率,即可達(dá)成。
這種方式的設(shè)計(jì)一般使用者的反應(yīng)是“難調(diào)”,這是大缺點(diǎn),但它可以產(chǎn)生10%以下的占空比卻是在采樣時(shí)的必備條件。
以上的兩種占空比調(diào)整電路設(shè)計(jì)思路,各有優(yōu)缺點(diǎn),當(dāng)然連帶的也影響到是否能產(chǎn)生“像樣的”鋸齒波。
接下來PA(功率放大器)的設(shè)計(jì)。首先是利用運(yùn)算放大器(OP),再利用推拉式(push-pull)放大器(注意交越失真Cross-distortion的預(yù)防)將信號(hào)送到衰減網(wǎng)路,這部分牽涉到信號(hào)源輸出信號(hào)的指標(biāo),包含信噪比、方波上升時(shí)間及信號(hào)源的頻率響應(yīng),好的信號(hào)源當(dāng)然是正弦波信噪比高、方波上升時(shí)間快、三角波線性度要好、同時(shí)伏頻特性也要好,(也即頻率上升,信號(hào)不能衰減或不能減太大),這部分電路較為復(fù)雜,尤其在高頻時(shí)除利用電容作頻率補(bǔ)償外,也牽涉到PC板的布線方式,一不小心,極易引起振蕩,想設(shè)計(jì)這部分電路,除原有的模擬理論基礎(chǔ)外尚需具備實(shí)際的經(jīng)驗(yàn),“TryError”的耐心是不可缺少的。
PA信號(hào)出來后,經(jīng)過π型的電阻式衰減網(wǎng)路,分別衰減10倍(20dB)或100倍(40dB),此時(shí)一部基本的函數(shù)波形發(fā)生器即已完成。(注意:選用π型衰減網(wǎng)絡(luò)而不是分壓電路是要讓輸出阻抗保持一定)。
一臺(tái)功能較強(qiáng)的函數(shù)波形發(fā)生器,還有掃頻、VCG、TTL、TRIG、GATE及頻率計(jì)等功能,其設(shè)計(jì)方式在此也順便一提: