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有良好线性和动态范围的廉价VFC

有良好线性和动态范围的廉价VFC

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。
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历经沧桑,才知生活的美丽。淡然于心,方懂世界之宽广。
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