一种构建可编程振荡器的简单方法

你好,见到你很高兴.数字电位器(digiPOT)用途广泛,可用于各种任务,包括滤波和产生交流信号.但是,根据应用的不同,频率必须能够偶尔波动和改变.允许通过适当接口改变频率的可编程解决方案非常方便,在某些情况下,对此类设计的开发非常有益.本文介绍了如何利用digiPOT制作一个可编程振荡器,其振荡频率和幅度可以相互独立地修改.



Ⅰ． 如何构建可编程振荡器
图1展示了一个典型的二极管稳定文丘里桥式振荡器,它可以在输出端产生精确的正弦波信号,频率范围约为10 kHz至200 kHz (VOUTPUT).维恩桥振荡器由两个桥组成,一个是带通滤波器,另一个是分压器.本例采用AD5142数字波特,它包括两个独立可调电位计,每个具有256步分辨率,以及ADA4610-1轨对轨精度放大器.如图2所示,电阻值是通过SPI编程设置的.也可以使用I2C控制的AD5142A.提供10个kΩ和100个kΩ电位器.

图1稳幅可编程维文桥振荡器,其中电阻由数字壶代替

图2 AD5142功能框图

在图1所示的传统振荡器电路中,R1A\R1B\C1和C2形成正反馈,而R2A\R2B以及两个并联二极管D1和D2或其电阻RDIODE形成负反馈.在这种情况下可以使用公式：

R2 = r2a ||(r2b + r二极管)

为了实现连续稳定的振荡,需要消除环路增益中的相移.将振荡频率表示为公式：

ω0 = 1/RC或ω0 = 1/2πRC

式中,R为AD5142上的可编程电阻值：

R = (256- d)/256* rab

D表示AD5142中可编程数字代码的十进制等价物,RAB表示电位器的总电阻.

为了保持振荡,温氏桥振荡器必须总体平衡,这意味着正反馈和负反馈增益必须同步.如果正反馈(增益)太强,振荡幅度或VOUTPUT将增加,直到放大器饱和.如果负反馈优先,振荡幅度将减小.

该电路中的增益R2/R1应调谐到大约2或更大.因此,信号将开始振荡.

然而,打开和关闭负反馈回路中的二极管交替降低增益到小于2,稳定振荡.

一旦确定了所需的振荡频率,振荡幅度可以通过R2独立于频率进行调谐.可由下式计算：

2/3voutput = id * r2b + vd

因此,变量ID和VD分别通过D1和D2表示二极管正向电流和二极管正向电压.如果R2B短路,振荡幅度将在±0.6 V左右.当R2B的大小是正确的大小时,达到平衡,允许VOUTPUT收敛.对于R2B,在图1所示的电路中使用单个100 kΩ digiPOT.



Ⅱ.结论
8.8 kHz\17.6 kHz和102 kHz的振荡频率可以分别以8 kΩ\4 kΩ和670Ω的电阻值调谐,使用指定的电路和10 kΩ双数字波特,频率误差低至±3%.增加输出频率可能会影响频率误差.例如,在200khz时,频率误差将增加到6%.

当在频率相关的应用中使用这种电路时,重要的是不要超过数字波特的带宽限制,这是由可编程电阻决定的.此外,图1中描述的频率调谐需要使用相同的R1A和R1B电阻值.另一方面,这两个通道只能按顺序设置,从而导致暂时的临界中间状态.对于某些应用程序来说,这种情况是不可接受的.支持菊花链模式的digpot,如AD5204,可以在这些情况下同时修改电阻值.