紫外通信綜合實驗平臺信號源設計

譚生其， 王 平， 楊志清

(①海軍工程大學，湖北 武漢 430033；②北海艦隊司令部通信處，山東 青島 266071)

0 引言

紫外光通信不易被偵測和干擾, 大氣粒子的散射以及氧氣和臭氧分子的吸收使紫外光傳輸損耗較大,日盲區紫外光散射通信只能在一個較小的范圍內使用,同時也增加該譜段信號遠距離偵測和干擾的難度, 這一特點也使紫外光散射通信成為軍事通信領域研究的一個熱點[5]。歐美紫外通信的研究比較成熟，而在我國發展比較晚，起點比較低，為此建立一個紫外通信實驗平臺有助于以后實驗的開展和系統的完善。一個系統的建立需要分塊地研究，將系統模塊化。模塊化設計可以使系統設計的局部和整體有機結合，有利于分步驟地開發新的實驗，有利于電路的更新，有利于掌握和理解系統的模塊化設計，可以提高資源的利用率。而在一個通信系統中信號源是必不可少的組成部分，為此制作信號源是很有必要的。ICL8038與MAX038作為產生信號的芯片代表，分析兩者的優劣性是很有意義的，為此在本系統中進行信號源設計。

1 系統設計方案

本紫外通信綜合實驗平臺的系統設計如圖1所示，系統分發送接收2大模塊，發送端由串口、語音采集器、DSP編碼、紫外汞燈/紫外 LED驅動電路組成，接收端由光電倍增管PMT、前置濾波放大電路、A/D轉換電路、DSP譯碼、語音解碼、串口等組成。此系統是將紫外LED與紫外汞燈整合在一起作為發射光源。根據組成將系統進行模塊化，大致分為：信號源模塊、語音編碼模塊、串口模塊、DSP調制模塊、紫外燈整流穩頻模塊、紫外LED驅動電路、天線模塊、濾光模塊、PMT接收模塊、光微弱信號濾波放大模塊、A/D轉換模塊、DSP解調模塊、語音解碼模塊、顯示模塊。其中信號源模塊是為了方便系統的調試而設計的，它可以產生方波信號通過串口進入 DSP調制，也可以產生正弦信號(單一頻率聲音信號)通過語音編碼進入系統，也可以直接作為驅動電路的信號，完成信號的傳遞。此信號源應該具有輸出正弦波，方波的能力，輸出信號中心頻率F0=50 kHz，調節范圍應在20～80 kHz。

2 信號源模塊選型

2.1 芯片選型

根據當前系統BFSK設定的調制頻率在24 kHz和40 kHz,考慮實際需要以及今后的發展，應設定信號源的頻率在100 kHz以下，且頻率在一定范圍內可調。考慮成本原因，可以選取一般的線性調頻信號，采用模擬方法產生信號即可，不需要PLL高精度鎖頻鎖相，也不需要產生數字信號。但是需要具備低溫度頻率漂移系數，正弦波失真要小，工作變化周期要寬，占空比需要可調性，外部器件簡單易于使用，功能齊全，便于以后電路的改進。根據這些要求選擇了 MAX038和ICL8038 2種芯片。MAX038核心是一個電流控制的基本振蕩器，通過恒流源對外部電容充放電，獲得三角波和方波信號；ICL8038是通過2個恒流源對外部電容充放電，其中有個電流源受另一個電流源控制開斷，周期循環完成振蕩，根據充放時間不同輸出不同波形。

2.2 兩者的優劣

MAX038是美國MAXIM公司研制的單片高頻精度函數波形發生器，它的高頻特性好、頻率范圍很寬、頻率與占空比能單獨調節、功能全、調節方式更加靈活等優點。可廣泛用于高頻精密函數波形發生器、頻率調制器、脈寬調制器、鎖相環、頻率合成器、調頻發生器等領域[2]。

ICL8038是美國HARRIS公司生產的單片精度函數波形發生器。它具有頻率范圍寬、穩定度高、外圍電路簡單、易于制作等優點，可生產中低頻高質量的正弦波、矩形波、三角波等函數波形，其能實現FM調制、掃描輸出[3]。

本系統中要求的信號調制頻率設定為24 kHz和40 kHz,信號源中心頻率F0=50 kHz，結合此芯片粗細調節范圍，通過細調可使輸出頻率在 15～85 kHz,便于頻率擴展。采用FDAJ端口來調節輸出頻率，DADJ端口調節占空比，MAX038的Iiin最佳為100μA[1]。根據[1]得IIN端口輸入電流Iiin：

①兩者的頻率范圍不一樣，ICL8038適用于低頻信號，而MAX038適用于中低頻，適用的范圍更廣。

②輸出端口數量不同，ICL8038的方波，三角波，正弦波分別由3個端口輸出信號；而MAX038只有一個輸出端口。

④ICL8038外圍比較簡單，控制調節也比較簡單，而MAX038外圍相對復雜。

③ICL8038沒有控制端口，MAX038有兩個控制地址，可以連接 PC等控制芯片，使輸出信號在單一端口不同時間相互轉換。

⑤ICL8038應用比較窄，只能產生信號，跟它的內部構造有關；MAX038芯片內還采用了多路選擇器，以及一個內部鑒相器，可以輸出同頻的同步信號，以及完成外部信號的鑒頻鎖相作用。

⑦MAX038的頻率漂移比較大，達到了 200 pm/℃，而ICL8038的頻漂僅為50 ppm／℃，特別是開始運行時，漂移可達1%[4]。

⑥MAX038可以單獨一個芯片產生本實驗所需要的FSK信號，而ICL8038不具有這個能力。

最終選取了MAX038作為本實驗平臺的信號源產生芯片。

3 MAX038參數確定

掌握機床的基本性能和加工能力，繪制零件加工圖和編制加工工藝，選擇加工刀具，負責物料消耗定額，熟悉工時的計算，執行工藝技術標準，開展監督檢查，協助質管部門提高產品質量，負責各工序生產記錄的匯集整理存檔，對生產車間現場及時跟蹤、指導服務，解決所出現的工藝問題，并進行工藝的改進完善，嚴格執行各項規章制度和工作紀律，樹立服務生產的意識。

為了打破醫療技術“東強西弱”的局面，遵醫附院作為黔北地區唯一的省級醫院，以“科技興院、人才立院、內涵建院”為方針，多年來順應跨越式發展趨勢，多措并舉、大力提升診療技術水平，滿足了人民群眾不斷增長的健康需求。

端口COCS外接電容CF：

其中Viin設定為VREF=2.5 V，由式(1)(2)計算可得：Riin=25 kΩ，CF=2 nF。此芯片FADJ與DADJ端口內部都設置了250 μA的偏置電流，即流過這2個端口的電流都為250 μA。這兩端口可以接地。不接地時，外接電阻RFADJ、RDADJ:

圖1所示的是運用本文的多元回歸線性模型所得出的1989年至2015的預測值與實際值的擬合效果。圖中藍線表示河南省65歲及以上人口占總人口比重的實際值，紅色表示的是預測值。從圖中可以看出所得的預測值與實際值較符合，總體上河南省人口老齡化呈現出波動上升的趨勢。

圖2為根據參數設計的OrCAD PSPICE仿真電路，MAX038由雙電源供電，分別是+5 V，-5 V；A0，A1為輸出波形選擇地址，當A1為高電平時不論A0多少，OUT端都輸出正弦波；A1為低電平時，當A0為低電平時，OUT輸出方波，當A0為高電平時，OUT輸出三角波。其中參數電壓VREF芯片設定工作在 2.5 V；其中輸出頻率占空比；通過觀察R8的輸出電壓，可以得到輸出波形。電源與地之間通過電容隔離，電阻與地之間通過大電阻隔離。其中輸出電阻 R8可以使用滑動變阻器，通過滑動變阻器可以調節輸出電壓的幅值。

4 電路設計與結果分析

而VFADJ=+2.4～ -2.4V,VDADJ=+ 2.3～ -2.3V。看得出兩者外接電容都差不多在一個范圍，經(3)(4)計算得出VFADJ=- 2.4V時最大電阻R為19.6 kΩ，VFADJ=+2.4V時最小電阻 R為 400 Ω，所以選擇的可變電阻RFADJ=RVADJ=20 kΩ。輸出波形通過一個簡單的3選1開關來選擇。其中MAX038中的同步信號輸出，以及鎖相的功能暫時未使用，根據要求接地。

歷史畫卷既然波瀾壯闊，總有個不按既定路線走的時候，三國魏晉南北朝那會兒，就出現過不少愛打扮的貴族子弟，顏之推做過一個總結：

當滑動變阻器R9=R10=10 kΩ，SW3-1調至中間時，A0=A1=1，OUT端輸出方波，經理論計算輸出頻率為50 kHz,占空比為0.5。實際仿真R8端電壓結果如圖3所示，其中橫軸為時間（μs），縱軸為電壓（V），可以看到輸出方波的周期為20μs，即頻率f=50 kHz,占空比為0.5，與計算相符。

圖3 R8端電壓輸出波形1

當滑動變阻器 R9=R10=5 kΩ，SW3-1調至中間時，A0=A1=1，OUT端輸出方波，經理論計算輸出頻率為31.781 25 kHz,占空比為0.282 5。

其次，《胭脂扣》本身具有濃郁的傳統色彩。作為愛情信物的“胭脂扣”既是愛情的見證者又是歷史的縮影。情感的變遷、香港的流變近半個世紀的歷史哪一點不是凝聚在這枚胭脂扣上？“摸摸口袋，有件硬物，赫然是那枚胭脂匣子，她不要了！我一想也把它扔在夜路上。車子絕塵而去，永不回頭。”三十年代珍貴而流行的定情物，到了八十年代竟成了私人小店內的幻影，甚至最終落得被扔掉的命運。歷史亦是如此，所有歷史不過都是當下史，過了“當下”似乎早已沒有存在的意義與價值，它能呈現給他人的除了時間的變遷再無其他。

圖4 R8端電壓輸出波形2

實際仿真R8端電壓結果如圖4所示，其中橫軸為時間（μs），縱軸為電壓（V），如圖 4探針的結果顯示，周期T=(53.955-22.486)=31.469 μs,即頻率f= 31.777 kHz,誤差0.0133%，占空比dc=(31.469-22.486)/31.469=0.2854,誤差1.0265%。從結果可以看到占空比的誤差比較大，首先這跟占空比這一基底比較小有關，其次在波形探點選取方面可能存在人為誤差。

式中：Kr為再制造修復結構中裂紋尖端應力強度因子；Ku為未修復結構中裂紋尖端應力強度因子；R為再制造膠粘修復后應力強度因子下降率，R數值越大，對表面裂紋的修復效果越好。

5 結語

以實際應用為出發點，介紹了紫外通信綜合實驗平臺的設計方案，選擇了兩種常用型的信號產生芯片，通過對它們內部結構的了解，總結了它們優缺點，在此基礎上設計了以MAX038為基礎的信號源產生電路，選擇了兩個典型例子說明了此電路的可行性。下一步將進行硬件制作調試，將其應用到此實驗平臺中。

[1]MAXIM.MAX038 CWPHigh-Frequency Waveform.Generator[DB/OL]. (1996-11-15)[2010-04-15].http://cnpdf.Alldatashe et.com/datasheet-pdf/view/72720/MAXIM/MAX038.html.

[2]胡煜. MAX038在精密頻率合成波形發生器中的應用[J]. 現代電子技術,2007（01）：66-67,70.

[3]HARRIS. ICL8038 Precision Waveform Generator/Voltage Controlled Oscillator[DB/OL]. (1996-11-15)[2010-04-20].http://data.eeworld.com.cn/pdf/36227_HARRIS_ICL8038.pdf.

[4]陳一新.單片高頻函數發生器 MAX038及應用[J].中國儀器儀表,2002（04）：38-40.

[5]徐智勇,沈連豐,汪井源,等.紫外散射通信實驗系統及其性能分析[J].東南大學學報,2009(11):1087-1092.