如何使用数字电位器构建可编程振荡器

数字电位器 (digiPOT) 用途广泛，可用于各种应用，例如用于过滤或生成交流信号。 然而，有时频率必须能够改变并适应所需的应用。 能够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，并且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，在该方法中，可以使用 digiPOT 独立调整振荡频率和幅度。 图 1 显示了一个典型的二极管稳定维恩桥振荡器，通过该振荡器可以在输出端 (VOUTPUT) 实现大约 10 kHz 至 200 kHz 范围内的精确正弦信号。 文氏桥振荡器的特点是一个桥路由带通滤波器形成，另一个由分压器形成。 除了 ADA4610-1 轨到轨精密放大器之外，该示例还使用 AD5142 digiPOT，它包含两个独立可控的电位器，每个电位器的分辨率为 256 步。 电阻值的编程通过 SPI 完成，如图 2 所示。或者，可以使用可通过 I5142C 控制的 AD2A。 两种变体均可用作 10 kΩ 或 100 kΩ 电位器。 图 1. 具有振幅稳定功能的可编程文氏桥振荡器，其中电阻器被 digiPOT 取代。 图 2. AD5142 框图。 在图 1 所示的经典振荡器电路中，具有 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 或它们的电阻 RDIODE 提供。 在这里，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，振荡器频率产生以下项： 这里，R 是 AD5142 上的可编程电阻值：D 是 AD5142 中编程的数字代码的十进制等效值，RAB 是电位器的总电阻。 为了维持振荡，维恩电桥应该是相对平衡的——即正反馈的增益和负反馈的增益必须协调。 如果正反馈（增益）过大，振荡幅度或 VOUTPUT 将增加，直到放大器饱和。 如果负反馈占主导地位，则幅度将相应衰减。 对于此处显示的电路，增益 R2/R1 应设置为大约 2 或更高。 这确保了信号开始振荡。 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 独立于频率调整振荡幅度。 这可以如下计算： 变量 ID 和 VD 由此分别表示二极管正向电流和二极管正向电压在 D1 和 D2 上。 如果 R2B 短路，则会产生大约 ±0.6 V 的振荡幅度。 使用正确的 R2B 数量级，可以实现平衡，使 VOUTPUT 收敛。 在图 1 所示的电路中，一个单独的 100 kΩ 数字电位器用于 R2B。 结论 使用所描述的电路和 10 kΩ 双 digiPOT，可以分别以 8.8 kΩ、17.6 kΩ 和 102 Ω 的电阻值调谐 8 kHz、4 kHz 和 670 kHz 的振荡频率，低频误差仅为±3%。 更高的输出频率也可能影响频率误差。 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。 然而，这两个通道只能连续设置，并导致瞬时临界中间状态。 这对于某些应用程序可能是不可接受的。 在这种情况下，可以使用具有菊花链模式的 digiPOT（例如 AD5204）来允许同时改变两个电阻值。

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