芯耀
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最近有个好友问我市面上有没有能出100KHZ，50V的信号器。
50V对于常规信号发生器来说幅度实在是太高了，只能通过变压器的手段将常规信号发生器的输出变压至50V，后来聊了一会，他希望我能帮他做一款频率可调，幅度可调最高至20Vpp的小装置用于科研用途。
因此本期设计一款基于STM32，设计指标在信号频率最高150KHZ，电压最高20Vpp可调，设计简单的信号发生器，并且时间还比较赶，大概就十来天。
1、正弦波的产生方案
正弦波的产生大概有三种方案，首先想到的是利用STM32的自身DAC配合DMA产生正弦波。
但是受限于单片机自身的性能，并且DAC产生正弦波的原理是依赖DAC模拟变化正弦波，因此一个周期的模拟点数决定了正弦波的“丝滑程度”。
当需要频率较高的正弦波时，“丝滑程度”会大打折扣，因此权衡之下决定不用这个方案。
传统电路中可以通过振荡电路产生正弦波，例如RC、LC振荡器等，其中经典的如文氏桥振荡器、考毕兹振荡器等结构。
这种传统方法价格便宜，但是调试困难，不易严重，并且不能直观准确的控制频率，因此也不选。
DDS（直接数字合成）是一种基于数字技术的信号合成方法，通过相位累加器以频率控制字（FTW）为步长循环累加生成相位地址，从存储正弦波采样值的ROM中读取对应幅度码，经数模转换器（DAC）转换为离散模拟信号，再由低通滤波器（LPF）平滑得到连续正弦波；
AD9833作为一款经典的DDS芯片，最高可以产生12.5MHZ的正弦波输出。
采用SPI控制，方便MCU控制，电路结构简单，方便一次成功。内置28位相位累加器，以25MHz时钟为例，频率分辨率可达 25MHz/228≈0.093Hz，轻松实现微小频率步进（如扫频、调频）；支持正弦波、三角波、方波（占空比可调）三种输出，因此决定采用DDS作为正弦波的产生装置。
2、系统框架
系统总体框架如下，单电源输入，通过电荷泵产生负电压，正电压直接通过DCDC降压到3.3V为微控制器和DDS等数字芯片供电。
正负电压构建双电源让运算放大器可以满足目标电压要求。
由于目标电压Vpp要求20V，即正负电压为±10V，为保证运算放大器工作范围覆盖目标电压，电源输入选用12V 或者15V直流输入，在电荷泵的作用下产生-12V或者-15V电压。
电压放大部分利用同相放大器，反馈电阻采用数字电位器，由MCU控制数字电位器实现电压程控。数字电位器的方案首先是成本比较低，例如MCP4017的价格很低，比采用PGA会合算的多。
其次就是数字电位器可控制档位比较多，例如MCP4017是128段控制。
AD9833的输出电压是0.65V，并且存在着一个直流偏置，在放大时需要考虑直流偏置问题。
滤波方式大体分为两种，一种是在DDS的输出端增加高通滤波，提前去掉直流部分再经由运算放大器放大。
另一种方式是在同相比例放大器的反馈端串联一个电容，但是不同频率的电容容抗不一样，滤波效果由反馈电阻和电容决定，与放大增益耦合，无法独立调节截止频率（增益变化会影响滤波频率）。
因此还是决定先滤波再放大的策略。
3、器件选型
由于运算放大器的反馈电阻是由MCP4017程控，但是需要注意的是MCP4017的电气特性并非是纯阻性器件内部采用CMOS 开关阵列与精密电阻网络的组合架构，工作时会引入额外的寄生参数与非线性特性，这与理想固定电阻的纯阻性表现存在明显差异。
从内部结构来看，MCP4017 的电阻网络由多组精密薄膜电阻串联而成，通过片内 CMOS 模拟开关的通断实现不同电阻值的选通。这些 CMOS 开关在导通状态下并非理想短路，而是存在导通电阻（Ron），其阻值会随电源电压、工作温度以及开关控制信号的电平变化而波动，通常在几十欧姆到几百欧姆范围内变化；而在关断状态下，开关两端还会存在寄生电容（Coff），该电容会与电阻网络形成额外的 RC 通路，影响电路的高频响应特性。
根据电气参数表中的指导，MCP4017-104型号的截止频率在100KHZ，MCP4017-103的型号截止频率为1MHZ，因此选用MCP4017-103。
DDS的输出电压为0.6Vpp，放大至20Vpp，保守设计40倍的放大倍率，100KHZ的情况下，要求运算放大器至少有6.28V/us的压摆率，保守起见应该设计15V/us以上，因此运放选型选用ADI的AD8034，支持±12V电源，最高±11.84输出，压摆率高达80V/us，而且我感觉它比较便宜。
下期开始电路图绘制。
