Як побудувати програмовані осцилятори за допомогою цифрових потенціометрів

Цифрові потенціометри (digiPOT) є універсальними і можуть використовуватися в широкому спектрі застосувань, наприклад, для фільтрації або генерації сигналів змінного струму. Однак іноді частоту необхідно змінювати та адаптувати до бажаного застосування. Програмовані рішення, що дозволяють регулювати частоту через відповідний інтерфейс, надзвичайно корисні в таких конструкціях, а в деяких випадках можуть значно полегшити розробку. У цій статті описано спосіб відносно легкого створення програмованого генератора, в якому частота і амплітуда коливань можуть регулюватися незалежно один від одного за допомогою digiPOT. На малюнку 1 показаний типовий стабілізований діодом генератор віденського моста, за допомогою якого на виході (VOUTPUT) можна реалізувати точні синусоїдні сигнали в діапазоні приблизно від 10 кГц до 200 кГц. Осцилятори з мостом Віна характеризуються тим, що один шлях моста утворений смуговим фільтром, а інший — подільником напруги. У цьому прикладі використовується — на додаток до високоточного підсилювача ADA4610-1 — AD5142 digiPOT, який містить два незалежно керовані потенціометри, кожен із роздільною здатністю 256 кроків. Програмування значень опору здійснюється через SPI, як показано на малюнку 2. В якості альтернативи можна використовувати AD5142A, яким можна керувати через I2C. Обидва варіанти доступні як потенціометри 10 кОм або 100 кОм. Рисунок 1. Програмований генератор віденського моста зі стабілізацією амплітуди, в якому резистори замінені на digiPOT. Малюнок 2. Структурна схема AD5142. У класичній схемі генератора, показаній на малюнку 1, шлях з R1A, R1B, C1 і C2 формує позитивний зворотний зв'язок, тоді як негативний зворотний зв'язок забезпечується через R2A, R2B і два паралельні діоди D1 і D2, або їх опір RDIODE. Тут застосовується рівняння 1: Щоб досягти стійких стабільних коливань, необхідно усунути фазовий зсув підсилення контуру. Виражений за допомогою формул, для частоти осцилятора виходить наступний термін: Тут R — значення опору, що програмується на AD5142: D — десятковий еквівалент цифрового коду, запрограмованого в AD5142, а RAB — загальний опір потенціометра. Щоб підтримувати коливання, віденський міст повинен бути відносно збалансованим, тобто коефіцієнт посилення позитивного зворотного зв'язку і посилення негативного зворотного зв'язку повинні бути скоординовані. Якщо позитивний зворотний зв’язок (підсилення) занадто великий, амплітуда коливань або VOUTPUT буде збільшуватися, доки підсилювач не насититься. Якщо негативний зворотний зв'язок домінує, то амплітуда відповідно буде загасати. Для схеми, показаної тут, коефіцієнт підсилення R2/R1 слід встановити приблизно на 2 або трохи вище. Це гарантує, що сигнал починає коливатися. Однак почергове включення діодів у петлі негативного зворотного зв’язку також призводить до того, що коефіцієнт підсилення буде тимчасово меншим за 2 і тим самим стабілізує коливання. Після визначення бажаної частоти коливань амплітуду коливань можна налаштувати незалежно від частоти через R2. Це можна розрахувати таким чином: змінні ID і VD, відповідно, представляють прямий струм діода і пряму напругу діода на D1 і D2. Якщо R2B замкнутий, то амплітуда коливань становить приблизно ±0.6 В. При правильному порядку величини для R2B можна досягти рівноваги, щоб VOUTPUT сходився. У схемі, показаній на малюнку 1, для R100B використовується окремий 2 кОм digiPOT. Висновок За допомогою описаної схеми та 10 кОм подвійного digiPOT частоти коливань 8.8 кГц, 17.6 кГц і 102 кГц можна налаштувати зі значеннями опору 8 кОм, 4 кОм і 670 Ом відповідно з похибкою низької частоти всього лише ±3%. Вищі вихідні частоти також можливі з впливом на похибку частоти. Наприклад, на частоті 200 кГц похибка частоти зросте до 6%. При використанні таких схем у частотно-залежних програмах також важливо не порушувати обмеження пропускної здатності digiPOT, оскільки воно є функцією запрограмованого опору. Крім того, налаштування частоти на малюнку 1 вимагає, щоб значення опору для R1A і R1B були однаковими. Однак ці два канали можуть бути встановлені лише послідовно і призводять до моментного критичного проміжного стану. Це може бути неприйнятним для певних програм. У таких випадках можна використовувати digiPOT з шлейфовим режимом (наприклад, AD5204), щоб дозволити одночасно змінювати обидва значення опору.

Залишити повідомлення 

список повідомлень