有良好线性和动态范围的廉价VFC 电源, 架构, 动态

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已故模拟专家Bob Pease和JimWilliams都喜欢用VFC(电压-频率转换器)电路(参考文献1~5)。本设计是献给他们的一种低价而高性能的电路。从一家本地电子商店，只要花几美元就能买所有元件。 电路有高的输入阻抗，采用单电源工作，与微控制器直连。对于高达700kHz的频率，其线性误差小于0.1%，动态范围为60dB。电路采用了积分器、比较器和单稳架构(图1)。输出频率与输入电压成正比：f=(1/VCCtOS)VIN，其中，VCC是5V电源，tOS是单稳产生的脉冲周期，按照下式： tOS=0.7×ROS×COS。电源VCC必须经过滤和稳压。如果电源波幅有变化，则校正曲线的斜率也会改变。 由于式中不含积分器中使用的CINT和RINT，因此对它们没有精确性或稳定性的要求。不过，电容CINT和COS必须有低的介质吸收率。
图1，三只廉价IC和少量无源元件，制成了一个有良好线性度、速度和动态范围的VFC

开关S1和R1、C1与R2组成的定时网络构成了一个起动电路。这一步确保了电路能在任何输入电压下起振。接通电源以后，开关保持闭合约1s，使CINT完全充电。当开关打开时，CINT开始以一个固定电流充电，这个电流由输入电压幅度所确定。结果是，在积分器的输出端有一个上升的斜坡。当斜坡达到2.5V时，IC2产生一个脉冲，因为2.5V是IC2的1B输入端施密特触发器的阈值电平。由于脉冲幅度大于输入电压，因此通过CINT的电流反向，CINT部分充电(图2)。
图2，由于脉冲幅度大于输入电压，通过CINT的电流反向，CINT部分充电

当脉冲结束时，积分器开始另一次爬升的斜坡，重复这个循环。因为内置了施密特触发器，电路不需要单独的比较器IC。大多数应用无需任何调整就可使用。只需要用电位器调整满量程频率，电位是图1中ROS的一部分。
不同频率区间下的性能

可以选择不同的频率覆盖区间(表1)，每个区间都有自己的CINT和ROS值。这些区间的线性度各不相同。表中将线性误差显示为在2mV~2V范围内，对于输入值的11个等间距值，满量程频率的百分比。