如何使用数字电位计构建可编程振荡器

数字电位计 （digiPOT） 用途广泛，可用于各种应用，例如滤波或生成交流信号。但是，有时频率必须能够改变并适应所需的应用。通过适当的接口调整频率的可编程解决方案在此类设计中非常有用，在某些情况下可以极大地促进开发。本文介绍了一种相对容易构建可编程振荡器的方法，该方法通过使用digiPOT可以相互独立地调整振荡频率和幅度。

图1显示了一个典型的二极管稳定型维恩桥振荡器，通过该振荡器可以在输出端实现约10 kHz至200 kHz范围内的精确正弦信号（V输出).维桥振荡器的特点是，一条桥路由带通滤波器形成，另一条桥路由分压器形成。除了轨到轨精密放大器ADA4610-1之外，本示例还使用AD5142 digiPOT，该电位计包含两个独立可控的电位计，每个电位计的分辨率为256级。电阻值的编程通过SPI完成，如图2所示。或者，AD5142A可通过I进行控制2C，可以使用。两种型号均提供10 kΩ或100 kΩ电位计。

图1.具有幅度稳定的可编程维恩桥振荡器，其中电阻被数字POT取代。

图2.AD5142的框图

在图1所示的经典振荡器电路中，R1A、R1B、C1和C2的路径形成正反馈，而负反馈通过R2A、R2B和两个并联二极管D1和D2或其电阻R提供。二极管.这里，公式1适用：

为了实现持续稳定的振荡，必须消除环路增益的相移。用公式表示，振荡器频率得到以下项：

此处，R是AD5142的可编程电阻值：

D是AD5142中编程的数字代码的十进制等效值，R是血型是电位器的总电阻。

为了维持振荡，维恩桥应该相对平衡，也就是说，正反馈的增益和负反馈的增益必须协调。如果正反馈（增益）太大，则振荡幅度或V输出将增加，直到放大器饱和。如果负反馈占主导地位，则幅度将相应地被阻尼。

对于此处所示的电路，增益R2/R1应设置为大约2或更高。这可确保信号开始振荡。

然而，负反馈环路中二极管的交替导通也会导致增益暂时小于2，从而稳定振荡。

一旦确定了所需的振荡频率，就可以通过R2独立于频率来调节振荡幅度。这可以按如下方式计算：

因此，变量ID和VD分别表示D1和D2上的二极管正向电流和二极管正向电压。如果R2B短路，则产生约±0.6 V的振荡幅度。使用R2B的正确数量级，可以实现平衡，因此V输出收敛。在图1所示电路中，R2B使用单独的100 kΩ digiPOT。

结论

利用所述电路和10 kΩ双通道digiPOT，可以调谐8.8 kHz、17.6 kHz和102 kHz的振荡频率，电阻值分别为8 kΩ、4 kΩ和670 Ω，低频误差仅为±3%。更高的输出频率也是可能的，但会影响频率误差。例如，在200 kHz时，频率误差将增加到6%。

在频率相关应用中使用此类电路时，不要违反digiPOT的带宽限制也很重要，因为它是编程电阻的函数。此外，图1中的频率调谐要求R1A和R1B的电阻值相同。但是，这两个通道只能连续设置，并导致瞬时临界中间状态。对于某些应用程序，这可能是不可接受的。在这种情况下，可以使用具有菊花链模式的digiPOT（例如AD5204），以允许两个电阻值同时变化。

审核编辑：郭婷