全国大学生电子设计大赛(A题：正弦信号发生器)

摘要

这个正弦信号发生器利用最新的频率合成技术，实现了1KHz~30MHz的正弦波输出，频率步进可达到1Hz，可输出调制度可调的AM信号，5KHz、10KHz最大频偏的FM信号，100KHz固定频率载波、码速10kbps的PSK，ASK信号。采用了超宽带、超低噪声的高速运放，提高了输出电压的幅度。整个系统以ADuC841为控制中心，有很高的精确度和稳定度。双CPU结构，大大增强了信息的处理能力；行列式键盘输入，大屏幕LCD输出，操作简便，人机界面友好。

方案设计与论证

1.1 方案比较

本题目的要求是设计一个正弦信号发生器，并且能够输出模拟幅度调制（AM）信号，模拟频率调制（FM）信号，二进制PSK、ASK信号。综合各方面考虑，可以把这个系统分为几个子模块：信号源部分、控制处理部分、AM，FM，PSK，ASK信号的产生部分，输入输出用户接口和末级放大部分。本系统采用模块化制作，对各模块分析如下：

（1） 信号源部分

信号源是这个系统的核心，它的成功与否，将直接影响到整个系统的性能。

方案一：利用RC、LC网络产生振荡信号

利用成熟的三点式晶体管振荡电路，可以通过改变电阻，电感，电容元件的参数，来改变正弦振荡的频率。这种电路的特点是频率稳定性较好，并且很容易起振，电路简单。但是如果要实现题目中要求的1KHz至10MHz那么宽的频率范围，很难做到，或者实现起来系统体积太大，功耗很高，容易产生杂波，不易精确调节振荡频率。因此该方案在设计之中不予考虑。

方案二：利用压控振荡器VCO产生振荡信号

压控振荡器（又称为VCO或V/F转换电路）产生的波形的振荡频率与它的控制电压成正比，因此，调节可变电阻或可变电容可以调节波形发生电路的振荡频率。利用集成运放可以构成具有一定精度、线性较好的压控振荡器。并且，可以用数字电位器实现对电压的程控。但是，开环VCO的频率稳定度和频率精度较低，题目中的频率范围对于压控振荡器来说太宽，很难实现，加之压控振荡器产生的信号频率稳定度也达不到题目的设计要求。

方案三：利用锁相环进（PLL）行间接频率合成

这个方案是在方案二的基础上，用锁相环将VCO输出的频率锁定在所需的频率上。PLL使输出频率的稳定度和精度，接近参考振荡源（通常用晶振），如图1 所示。如果只用一个锁相环，频率肯定覆盖不了1KHz-10MHz的变化范围。因此可以考虑用多个PLL进行分段锁定。缺点是硬件复杂，增加了调试难度。因此也不采用这种方案。

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