ML2036型串行接口正弦波發(fā)生器及其應用

摘要：ML2036是Fairchild公司推出的可編程輸出頻率單片集成過零正弦波發(fā)生器，無需外部元件。通過串行SPI數(shù)字接口編程輸出DC-50kHz之間的任意頻率，滿量程分辨率1.5Hz，通過降低輸出頻率范圍可以提高分辨率，能夠提供±VREF或±VREP/2的電壓輸出幅度，是低頻率低成本正弦波應用的理想選擇。文中介紹ML2036的原理和特性，并結合實例給出其應用電路。
關鍵詞：DDS；正弦波；SPI；程近增益放大器；ML2036
中圖分類號：TN74    文獻標識碼：B    文章編號：1006-6977（2006）01-0041-03

1 引言

    在許多測試電路中往往需要產(chǎn)生頻率和幅度連續(xù)可調(diào)的過零正弦波信號，近年來DDS（數(shù)字直接頻率合成）技術比較迅速，廣泛應用于通信領域，快速達到幾百兆甚至上千兆，這里僅介紹一款適合信號測試電路的低成本DDS－ML2036，其電路更為簡潔實用。

2 ML2306的主要特點

    ML2306的主要特點如下：

    可編程輸出頻率DC－50kHz。
    正負雙電源供電，過零正弦波輸出。
    低增益誤差和諧波失真。
       3線SPI兼容串行微控制器接口。
    完全整合解決方案，無需外部元件。
       12MHz的時鐘輸入時頻率輸出分辨率1.5Hz（±0.75Hz）。
    集成3MHz－12MHz晶體振蕩電路。
    輸入時鐘頻率的1/2或1/8時鐘輸出。
       ML2306采用PDIP和SOIC兩種封裝，引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所列（圓括號內(nèi)的引腳號為SOIC封裝）。

3 ML2306基本原理
    ML2306由可編程頻率發(fā)生器、正弦波發(fā)生器、晶體振蕩器和串行數(shù)字接口組成。

3.1 頻率發(fā)生器
    可編程頻率發(fā)生器通過16位數(shù)據(jù)字產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的數(shù)字輸出。頻率發(fā)生器是由fCLKIN/4時鐘控制的相位累加器組成，每4個CLKIN周期存儲在數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)加到相位累加器，輸出頻率等于累加器溢出率。當fCLKIN＝12.352MHz時，ΔfMIN＝1.5Hz（±0.75Hz），通過使用一個低輸入時鐘頻率可以獲得較高分辨率的頻率輸出。例如當fCLKIN＝1MHz時，ΔfMIN＝0.12Hz（±0.06Hz）。
    輸出頻率：fOUT＝fCLKIN（D15－D0）DEC/223
    頻率分辨率：ΔfMIN＝fCLKIN/223

3.2 正弦波發(fā)生器
    正弦波發(fā)生器由正弦查找表、DAC和低通濾波器組成。正弦查找表存儲有正弦波的量化數(shù)據(jù)，在時鐘控制下循環(huán)輸出這些量化數(shù)據(jù)驅(qū)動數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC產(chǎn)生階梯正弦波，再經(jīng)過低通平滑濾波器便可產(chǎn)生平滑的正弦波。

    ML2036有一個基準電壓VREF輸入。當增益控制GAIN輸入邏輯1時，VOUT正弦波峰峰值電壓等于±VREF，VREF＝0V－（VCC－1.5V）；當GAIN輸入邏輯0時VOUT峰峰值電壓等于±VREF/2，VREF＝0V－VCC。

    模擬輸出VOUT的零點偏移電壓VOS是峰峰值輸出電壓的函數(shù)，如果VOUT（P－P）＝2.5V，VOUT（MAX）＝±50mV，則VOS（MAX）＝±[（2.5＋VOUT（P－P））/100]。

3.3 晶體振蕩器
     晶體振蕩器為可編程頻率發(fā)生器產(chǎn)生一個精確的參考時鐘，可以在CLKIN和DGND之間放置一個3MHz－12.352MHz的晶體，不需要其他外部電容或元件，也可以直接用0－12MHz的外部時鐘驅(qū)動CLKIN。BL2036還有兩個時鐘輸出用于驅(qū)動其他外部器件，CLKOUT1是從CLKIN的2分頻輸出，CLKOUT2是從CLKIN的8分頻輸出。

3.4 串行數(shù)字接口
    串行數(shù)字接口由一個移位寄存器和數(shù)據(jù)鎖存器組成，時鐘輸入信號SCK、數(shù)據(jù)輸入信號SID和數(shù)據(jù)鎖存信號LATI可以與任何微處理器方便接口。數(shù)據(jù)線SID上的串行16位數(shù)據(jù)字在串行移位時鐘SCK上升沿進入16位移位寄存器，數(shù)據(jù)裝載到移位寄存器后在LATI下降沿鎖存，LATI下降沿應該出現(xiàn)在SCK低電平期間，時序如圖2所示。

3.5抑制模式和掉電模式
    ML2036具有抑制模式和掉電模式，設置情況如表2所列。如果PDN－INH是邏輯1，通過在移位寄存器所有位插入0，同時使LATI變?yōu)檫壿?/SPAN>1且保持為高電平，器件進入掉電模式，在這種狀態(tài)下，功率消耗減少到11.5mW最大值，VOUT輸出為0V。也可以通過PDN－INH引腳變?yōu)檫壿?/SPAN>0使ML2036進入掉電模式，而無需考慮移位寄存器內(nèi)容和LATI狀態(tài)。如果使PDN－INH引腳變?yōu)?/SPAN>VSS－（VSS＋0.5V），同時把移位寄存器所有位插入0并把LATI引腳變?yōu)檫壿?/SPAN>1，器件進入抑制模式，VOUT將完成最后半個正弦波周期后接近VOS范圍，就如同沒有電壓輸出一樣，如圖3所示。

4 應用電路
      ML2036簡單易用，可以很方便的產(chǎn)生程控正弦波信號，圖4所示是ML2036產(chǎn)生程控增益正弦波的硬件原理設計，圖中的U3（AD5262）是程控數(shù)字電位器，具有256個節(jié)點，正負雙電源供電，可以處理正負雙向交流信號，過零正弦波峰峰值（±2.5V）分辨率可以達到VREF/256＝10mW，再經(jīng)過運放把峰峰值放大為20V。單片機AT89C2051用普通I/0口即可模擬ML2036和數(shù)字電位器AD5262的數(shù)字接口，從而對輸出正弦波進行頻率和幅度的控制。再把單片機串口收發(fā)信號經(jīng)232電平轉(zhuǎn)換后接到PC機串口，就構成幅度和頻率都可以連續(xù)程控的過零正弦波信號發(fā)生器。