ICL8038芯片简介及典型应用.doc
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ICL8038芯片简介及典型应用
1 引言
ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，电源电压范围宽、稳定度高、精度高、易于用等优点，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、三角波和正弦波，其函数波形的频率受内部或外电压控制，可被应用于压控振荡和FSK调制器。
2 ICL8038芯片简介
2．1 性能特点
具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；正弦波输出具有低于1％的失真度；三角波输出具有0．1％高线性度；具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽，2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围，从TTL电平至28V；易于使用，只需要很少的外部条件。
2．2 管脚功能
图1为ICL8038的管脚图，下面介绍各引脚功能。
脚1、12（Sine Wave Adjust）：
正弦波失真度调节；脚2（Sine Wave Out）：
正弦波输出；脚3（Triangle Out）：
三角波输出；脚4、5（Duty Cycle Frequency）：
方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节；脚6（V＋）：
正电源±10V～±18V；脚7（FM Bias）：
内部频率调节偏
图1 ICL8038管脚图
置电压输；脚8（FMSweep）：
外部扫描频率电压输入；脚9（Square Wave Out）：
方波输出，为开路结构；脚10（Timing Capacitor）：
外接振荡电容；脚11（V－or GND）：
负电原或地；脚13、14（NC）：
空脚。
3 基本电路的工作原理
ICL8038的内部框图如图2所示。
图2 ICL8038内部框图
其中，振荡电容C由外部接入，它是由内部两个恒流源来完成充电放电过程。
恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容器C连续充电，增加电容电压，从而改变比较器的输入电平，比较器的状态改变，带动触发器翻转来连续控制的。
当触发器的状态使恒流源2处于关闭状态，电容电压达到比较器1输入电压规定值的2／3倍时，比较器1状态改变，使触发器工作状态发生翻转，将模拟开关K由B点接到A点。
由于恒流源2的工作电流值为2I，是恒流源1的2倍，电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将线性下降，当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的1／3倍时，比较器2状态改变，使触发器又翻转回到原来的状态，这样周期性的循环，完成振荡过程。
在以上基本电路中很容易获得3种函数信号，假如电容器在充电过程和在放电过程的时间常数相等，而且在电容器充放电时，电容电压就是三角波函数，三角波信号由此获得。
由于触发器的工作状态变化时间也是由电容电压的充放电过程决定的，所以，触发器的状态翻转，就能产生方波函数信号，在芯片内部，这两种函数信号经缓冲器功率放大，并从管脚3和管脚9输出。
适当选择外部的电阻RA和RB和C可以满足方波函数等信号在频率、占空比调节的全部范围。
因此，对两个恒流源在I和2I电流不对称的情况下，可以循环调节，从最小到最大，任意选择调整，所以，只要调节电容器充放电时间不相等，就可获得锯齿波等函数信号。
正弦函数信号由三角波函数信号经过非线性变换而获得。
利用二极管的非线性特性，可以将三角波信号的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。
ICL8038中的非线性网络是由4级击穿点的非线性逼近网络构成。
一般说来，逼近点越多得到的正弦波效果越好，失真度也越小，在本芯片中N＝4，失真度可以小于1。
在实测中得到正弦信号的失真度可达0．5左右。
其精度效果相当满意。
4 设计与应用要点
4．1 函数信号频率和占空比的调节
由于ICL8038单片函数发生器有两种工作方式，即输出函数信号的频率调节电压可以由内部供给，也可以由外部供给。
图3为几种由内部供给偏置电压调节的接线图。
图3 ICL8038典型应用
在以上应用中，由于第7脚频率调节电压偏置一定，所以函数信号的频率和占空比由RA、RB和C决定，其频率为F，周期T，t1为振荡电容充电时间，t2为放电时间。
T＝t1＋t2 f＝1／T
由于三角函数信号在电容充电时，电容电压上升到比较器规定输入电压的1／3倍，分得的时间为
t1=CV/I=（C+1/3·Vcc·RA）/（1/5·Vcc）=5/3RA·C
在电容放电时，电压降到比较器输入电压的1／3时，分得的时间为
t2＝CV／I＝（C＋1／3·VCC）／（2／5·VCCRB－1／5·VCC／RA）
＝（3／5·RA＊RB·C）／（2RA－RB）
f＝1／（t1＋t2）＝3／｛5RAC［1＋RB／（2RA－R）］｝
对图3（a）中，如果RA＝RB，就可以获得占空比为50％的方波信号。
其频率f＝3／（10RAC）。
4．2 正弦函数信号的失真度调节
由于ICL8038单片函数发生器所产生的正弦波是由三角波经非线性网络变换而获得。
该芯片的第1脚和第12脚就是为调节输出正弦波失真度而设置的。
图4为一个调节输出正弦波失真度的典型应用，其中第1脚调节振荡电容充电时间过程中的非线性逼近点，第12脚调节振荡电容在放电时间过程中的非线性逼近点，在实际应用中，两只100K的电位器应选择多圈精度电位器，反复调节，可以达到很好的效果。
图4 正弦波失真度调节电路
5 基于ICL8038的FSK调制电路
该电路如图5所示．电路中稳压二极管的作用是将振荡频率根据需要设定一个中心频率点。
电阻R1和1000PF的电容器用来减小扫描引起的占空比变化。
利用8038压控振荡的功能，将数据信号通过运算放大器接到第8脚扫描控制端，振荡频率随着数据0电平和1电平而改变。
图5 ICL8038的FSK调制电路
在实验中，我们用6．2V稳压二极管设定中心频率，振荡电容值选择0．1μf，基带信号0和1电平值为TTL电平，速率为2400bps，经过本调制电路后测试，中心频率为1900Hz，0和1电平对应的输出信号频偏Δf＝±400Hz，其幅度没有发生变化，输出正弦波的失真度均不超过1．1％，说明扫描电压引起的失真变化非常小，基本没有寄生成分，输出0和1电平值与输出信号值的对应关系如表1所示。
当码速提高到9600bps时，经过实验测试，输出正弦波信号的失真度已变差，所以用ICL8038构成的调制电路，其码速一般在4800bps以下。
根据实验可知，利用此电路得到的FSK调制信号，其最低频率和最高频率可以依据具体实际情况在调制过程中改变，只需调整数据0电平值和1电平值的大小，就能改变FSK调制信号的频偏，而且调制信号幅度不受影响。
经过实际验证，用ICL8038芯片制成的FSK调制电路,输出的正弦波的寄生调幅成分极小，其性能远比滤波法优越。
又因采用了运算放大器使输入扫描电压（调制信号）相对于输出信号的线性度也得到很大改进，其输出信号正弦波的频率变化随输入扫描电压值线性变化，斜率为0．16Hz／mv。
在应用ICL8038精密函数发生器设计、研制FSK调制器时，应注意以下两点：
振荡电容器C的性能优劣，直接影响整个电路工作频率的稳定，在实验中，我们采用了性能稳定，温度系数小的金属化电容器，经测试，其输出函数信号的频率稳定度可达到10－3；由于RA和RB是决定输出信号占空比的关键元件，所以在实际使用中，尽量选择温度系数小，精度高的金属电阻和精密多圈电位器。
表1 “0”与“1”对应表
数据信号
电平值
频率值
码速
0
0V
1500Hz
2400bps
1
5V
2300Hz
6 结束语
ICL8038单片精密函数发生器用于FSK调制器时，具有价格低廉的优点。
由于它具有电源电压范围宽，稳定度高，精度高，易于使用的特点，尤其是它具有压控振荡的特点，因而它在数字通讯和自动化工程中被广泛应用，具有很大的潜力。
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