Sådan bygger du programmerbare oscillatorer ved hjælp af digitale potentiometre

Digitale potentiometre (digiPOT'er) er alsidige og kan bruges i en lang række applikationer, for eksempel til filtrering eller generering af AC-signaler. Nogle gange skal frekvensen dog kunne varieres og tilpasses den ønskede anvendelse. Programmerbare løsninger, der gør det muligt at justere frekvensen via en passende grænseflade, er yderst hjælpsomme i sådanne designs og kan i nogle tilfælde i høj grad lette udviklingen. En metode til relativt let at konstruere en programmerbar oscillator, hvor oscillationsfrekvensen og amplituden kan justeres uafhængigt af hinanden ved at bruge digiPOTs, er beskrevet i denne artikel. Figur 1 viser en typisk diodestabiliseret Wien-brooscillator, med hvilken præcise sinusformede signaler i området fra ca. 10 kHz til 200 kHz kan realiseres ved udgangen (VOUTPUT). Wien-brooscillatorer er kendetegnet ved, at den ene brobane er dannet af et båndpasfilter og den anden af ​​en spændingsdeler. Dette eksempel bruger – ud over ADA4610-1 skinne-til-skinne præcisionsforstærkeren – AD5142 digiPOT, som indeholder to uafhængigt kontrollerbare potentiometre, hver med en opløsning på 256 trin. Programmeringen af ​​modstandsværdierne sker via en SPI, som vist i figur 2. Alternativt kan AD5142A, som kan styres via en I2C, anvendes. Begge varianter fås som 10 kΩ eller 100 kΩ potentiometre. Figur 1. Programmerbar Wien-brooscillator med amplitudestabilisering, hvori modstandene er erstattet af digiPOT'er. Figur 2. Blokdiagram af AD5142. I det klassiske oscillatorkredsløb vist i figur 1 danner stien med R1A, R1B, C1 og C2 den positive feedback, hvorimod negativ feedback leveres via R2A, R2B og de to parallelle dioder D1 og D2 eller deres modstand RDIODE. Her gælder ligning 1: For at opnå vedvarende stabil oscillation er det nødvendigt at eliminere faseforskydningen af ​​sløjfeforstærkningen. Udtrykt med formler, er følgende udtryk givet for oscillatorfrekvensen: Her er R den programmerbare modstandsværdi på AD5142: D er decimalækvivalenten til den digitale kode programmeret i AD5142, og RAB er potentiometerets samlede modstand. For at opretholde oscillation bør Wien-broen være relativt afbalanceret - det vil sige, forstærkningen af ​​den positive feedback og forstærkningen af ​​den negative feedback skal koordineres. Hvis den positive feedback (forstærkning) er for stor, vil oscillationsamplituden eller VOUTPUT stige, indtil forstærkeren er mættet. Hvis den negative feedback dominerer, vil amplituden følgelig blive dæmpet ud. For kredsløbet vist her skal forstærkningen R2/R1 indstilles til ca. 2 eller noget højere. Dette sikrer, at signalet begynder at oscillere. Den skiftevis tænding af dioderne i den negative feedback-sløjfe bevirker dog også, at forstærkningen midlertidigt er mindre end 2 og stabiliserer derved svingningen. Når den ønskede oscillationsfrekvens er bestemt, kan oscillationens amplitude indstilles uafhængigt af frekvensen via R2. Dette kan beregnes som følger: Variablerne ID og VD repræsenterer derved henholdsvis diodefremstrøm og diodefremspænding over D1 og D2. Hvis R2B er kortsluttet, opnås en oscillationsamplitude på ca. ±0.6 V. Med den korrekte størrelsesorden for R2B kan ligevægt opnås, så VOUTPUT konvergerer. I kredsløbet vist i figur 1 bruges en separat 100 kΩ digiPOT til R2B. Konklusion Med det beskrevne kredsløb og en 10 kΩ dual digiPOT kan oscillationsfrekvenser på 8.8 kHz, 17.6 kHz og 102 kHz tunes med modstandsværdier på henholdsvis 8 kΩ, 4 kΩ og 670 Ω med en kun lav frekvens fejl ±3 %. Højere udgangsfrekvenser er også mulige med indvirkning på frekvensfejlen. For eksempel vil frekvensfejlen ved 200 kHz stige til 6 %. Når du bruger sådanne kredsløb i frekvensafhængige applikationer, er det også vigtigt ikke at overtræde båndbreddegrænsen for en digiPOT, da den er en funktion af den programmerede modstand. Derudover kræver frekvensjusteringen i figur 1, at modstandsværdierne for R1A og R1B er de samme. De to kanaler kan dog kun indstilles successivt og føre til en kortvarig kritisk mellemtilstand. Dette kan være uacceptabelt for visse applikationer. I sådanne tilfælde er det muligt at bruge digiPOT'er med daisy-chain-tilstand (for eksempel AD5204) for at tillade, at begge modstandsværdier ændres på samme tid.

Læg en besked 

Message List