譚生其， 王 平， 楊志清

(①海軍工程大學(xué)，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(qū)紫外光散射通信只能在一個較小的范圍內(nèi)使用,同時也增加該譜段信號遠(yuǎn)距離偵測和干擾的難度, 這一特點(diǎn)也使紫外光散射通信成為軍事通信領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)[5]。歐美紫外通信的研究比較成熟，而在我國發(fā)展比較晚，起點(diǎn)比較低，為此建立一個紫外通信實(shí)驗(yàn)平臺有助于以后實(shí)驗(yàn)的開展和系統(tǒng)的完善。一個系統(tǒng)的建立需要分塊地研究，將系統(tǒng)模塊化。模塊化設(shè)計可以使系統(tǒng)設(shè)計的局部和整體有機(jī)結(jié)合，有利于分步驟地開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)，有利于電路的更新，有利于掌握和理解系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，可以提高資源的利用率。而在一個通信系統(tǒng)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(chǎn)生信號的芯片代表，分析兩者的優(yōu)劣性是很有意義的，為此在本系統(tǒng)中進(jìn)行信號源設(shè)計。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

本紫外通信綜合實(shí)驗(yàn)平臺的系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示，系統(tǒng)分發(fā)送接收2大模塊，發(fā)送端由串口、語音采集器、DSP編碼、紫外汞燈/紫外 LED驅(qū)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(zhuǎn)換電路、DSP譯碼、語音解碼、串口等組成。此系統(tǒng)是將紫外LED與紫外汞燈整合在一起作為發(fā)射光源。根據(jù)組成將系統(tǒng)進(jìn)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(diào)制模塊、紫外燈整流穩(wěn)頻模塊、紫外LED驅(qū)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(zhuǎn)換模塊、DSP解調(diào)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(tǒng)的調(diào)試而設(shè)計的，它可以產(chǎn)生方波信號通過串口進(jìn)入 DSP調(diào)制，也可以產(chǎn)生正弦信號(單一頻率聲音信號)通過語音編碼進(jìn)入系統(tǒng)，也可以直接作為驅(qū)動電路的信號，完成信號的傳遞。此信號源應(yīng)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(diào)節(jié)范圍應(yīng)在20～80 kHz。

2 信號源模塊選型

2.1 芯片選型

根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)BFSK設(shè)定的調(diào)制頻率在24 kHz和40 kHz,考慮實(shí)際需要以及今后的發(fā)展，應(yīng)設(shè)定信號源的頻率在100 kHz以下，且頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)?？紤]成本原因，可以選取一般的線性調(diào)頻信號，采用模擬方法產(chǎn)生信號即可，不需要PLL高精度鎖頻鎖相，也不需要產(chǎn)生數(shù)字信號。但是需要具備低溫度頻率漂移系數(shù)，正弦波失真要小，工作變化周期要寬，占空比需要可調(diào)性，外部器件簡單易于使用，功能齊全，便于以后電路的改進(jìn)。根據(jù)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(huán)完成振蕩，根據(jù)充放時間不同輸出不同波形。

2.2 兩者的優(yōu)劣

MAX038是美國MAXIM公司研制的單片高頻精度函數(shù)波形發(fā)生器，它的高頻特性好、頻率范圍很寬、頻率與占空比能單獨(dú)調(diào)節(jié)、功能全、調(diào)節(jié)方式更加靈活等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛用于高頻精密函數(shù)波形發(fā)生器、頻率調(diào)制器、脈寬調(diào)制器、鎖相環(huán)、頻率合成器、調(diào)頻發(fā)生器等領(lǐng)域[2]。

ICL8038是美國HARRIS公司生產(chǎn)的單片精度函數(shù)波形發(fā)生器。它具有頻率范圍寬、穩(wěn)定度高、外圍電路簡單、易于制作等優(yōu)點(diǎn)，可生產(chǎn)中低頻高質(zhì)量的正弦波、矩形波、三角波等函數(shù)波形，其能實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制、掃描輸出[3]。

本系統(tǒng)中要求的信號調(diào)制頻率設(shè)定為24 kHz和40 kHz,信號源中心頻率F0=50 kHz，結(jié)合此芯片粗細(xì)調(diào)節(jié)范圍，通過細(xì)調(diào)可使輸出頻率在 15～85 kHz,便于頻率擴(kuò)展。采用FDAJ端口來調(diào)節(jié)輸出頻率，DADJ端口調(diào)節(jié)占空比，MAX038的Iiin最佳為100μA[1]。根據(jù)[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(shù)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(diào)節(jié)也比較簡單，而MAX038外圍相對復(fù)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(zhuǎn)換。

⑤ICL8038應(yīng)用比較窄，只能產(chǎn)生信號，跟它的內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)；MAX038芯片內(nèi)還采用了多路選擇器，以及一個內(nèi)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。

⑦M(jìn)AX038的頻率漂移比較大，達(dá)到了 200 pm/℃，而ICL8038的頻漂僅為50 ppm／℃，特別是開始運(yùn)行時，漂移可達(dá)1%[4]。

⑥MAX038可以單獨(dú)一個芯片產(chǎn)生本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺的信號源產(chǎn)生芯片。

3 MAX038參數(shù)確定

掌握機(jī)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(fù)責(zé)物料消耗定額，熟悉工時的計算，執(zhí)行工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，開展監(jiān)督檢查，協(xié)助質(zhì)管部門提高產(chǎn)品質(zhì)量，負(fù)責(zé)各工序生產(chǎn)記錄的匯集整理存檔，對生產(chǎn)車間現(xiàn)場及時跟蹤、指導(dǎo)服務(wù)，解決所出現(xiàn)的工藝問題，并進(jìn)行工藝的改進(jìn)完善，嚴(yán)格執(zhí)行各項規(guī)章制度和工作紀(jì)律，樹立服務(wù)生產(chǎn)的意識。

為了打破醫(yī)療技術(shù)“東強(qiáng)西弱”的局面，遵醫(yī)附院作為黔北地區(qū)唯一的省級醫(yī)院，以“科技興院、人才立院、內(nèi)涵建院”為方針，多年來順應(yīng)跨越式發(fā)展趨勢，多措并舉、大力提升診療技術(shù)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(shè)定為VREF=2.5 V，由式(1)(2)計算可得：Riin=25 kΩ，CF=2 nF。此芯片F(xiàn)ADJ與DADJ端口內(nèi)部都設(shè)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(yùn)用本文的多元回歸線性模型所得出的1989年至2015的預(yù)測值與實(shí)際值的擬合效果。圖中藍(lán)線表示河南省65歲及以上人口占總?cè)丝诒戎氐膶?shí)際值，紅色表示的是預(yù)測值。從圖中可以看出所得的預(yù)測值與實(shí)際值較符合，總體上河南省人口老齡化呈現(xiàn)出波動上升的趨勢。

圖2為根據(jù)參數(shù)設(shè)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(dāng)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(dāng)A0為低電平時，OUT輸出方波，當(dāng)A0為高電平時，OUT輸出三角波。其中參數(shù)電壓VREF芯片設(shè)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(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。

4 電路設(shè)計與結(jié)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(jīng)(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(guān)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(jù)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(xiàn)過不少愛打扮的貴族子弟，顏之推做過一個總結(jié)：

當(dāng)滑動變阻器R9=R10=10 kΩ，SW3-1調(diào)至中間時，A0=A1=1，OUT端輸出方波，經(jīng)理論計算輸出頻率為50 kHz,占空比為0.5。實(shí)際仿真R8端電壓結(jié)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(dāng)滑動變阻器 R9=R10=5 kΩ，SW3-1調(diào)至中間時，A0=A1=1，OUT端輸出方波，經(jīng)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(tǒng)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(jì)的歷史哪一點(diǎn)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?！比甏滟F而流行的定情物，到了八十年代竟成了私人小店內(nèi)的幻影，甚至最終落得被扔掉的命運(yùn)。歷史亦是如此，所有歷史不過都是當(dāng)下史，過了“當(dāng)下”似乎早已沒有存在的意義與價值，它能呈現(xiàn)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(shí)際仿真R8端電壓結(jié)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(jié)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(jié)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(guān)，其次在波形探點(diǎn)選取方面可能存在人為誤差。

式中：Kr為再制造修復(fù)結(jié)構(gòu)中裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子；Ku為未修復(fù)結(jié)構(gòu)中裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子；R為再制造膠粘修復(fù)后應(yīng)力強(qiáng)度因子下降率，R數(shù)值越大，對表面裂紋的修復(fù)效果越好。

5 結(jié)語

以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，介紹了紫外通信綜合實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計方案，選擇了兩種常用型的信號產(chǎn)生芯片，通過對它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，總結(jié)了它們優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了以MAX038為基礎(chǔ)的信號源產(chǎn)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(jìn)行硬件制作調(diào)試，將其應(yīng)用到此實(shí)驗(yàn)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(fā)生器中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù),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(shù)發(fā)生器 MAX038及應(yīng)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其性能分析[J].東南大學(xué)學(xué)報,2009(11):1087-1092.