如何使用数字电位器构建可编程振荡器
数字电位器(digiPOT)功能多样 ， 应用广泛 ， 例如 ， 用于滤除或生成交流信号 。 但是 ， 有时频率必须能够有所变化 ， 并根据应用需求调整 。 在此类设计中 ， 支持通过适当的接口调整频率的可编程解决方案极为有用 ， 在有些情况下 ， 非常有助于开发 。 本文介绍一种简单易行的可编程振荡器构建方法 ， 其中 ， 振荡频率和幅度可以通过使用digiPOT来彼此独立地调节 。
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图1.振幅稳定的可编程文氏电桥振荡器 ， 其中电阻由digiPOT代替 。
图1显示的是典型二极管稳定文氏电桥振荡器 ， 可用于在输出端(VOUTPUT)产生约10kHz至200kHz的精确正弦波信号 。 文氏电桥振荡器有两个桥路 ， 一个由带通滤波器构成 ， 另一个由分压器构成 。 除了ADA4610-1轨到轨精密放大器之外 ， 本示例还使用了AD5142digiPOT ， 其包含两个独立可控的电位器 ， 每个具备256步进分辨率 。 电阻值通过SPI编程设置 ， 如图2所示 。 或者 ， 可以使用由I2C控制的AD5142A 。 两种都可用作10kΩ或100kΩ电位器 。
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图2.AD5142的功能框图 。
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R2A、R2B和两个并联二极管D1和D2或其电阻RDIODE则形成负反馈 。 在这种情况下 ， 可以使用公式1：
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为了实现持续稳定的振荡 ， 需要消除环路增益中的相移 。 用公式表示 ， 振荡频率：
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其中 ， R表示AD5142上的可编程电阻值：
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D表示AD5142中可编程数字代码的十进制等效值 ， RAB表示电位器的总电阻 。
为了保持振荡 ， 文氏电桥振荡器应当相对平衡 ， 也就是说 ， 正反馈增益和负反馈增益必须协调一致 。 如果正反馈（增益）过大 ， 振荡幅度或VOUTPUT将增加 ， 直至放大器饱和 。 如果负反馈占主导 ， 则振荡幅度将相应衰减 。
在此处所示的电路中 ， 增益R2/R1应设置为2左右或更大些 。 这会确保信号开始振荡 。
但是 ， 交替开启负反馈环路中的二极管也会导致增益暂时小于2 ， 从而使振荡稳定下来 。
一旦确定所需的振荡频率 ， 就可以通过R2 ， 不受频率影响地调谐振荡幅度 。 可以通过下式计算：
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所以 ， 变量ID和VD分别代表通过D1和D2的二极管正向电流和二极管正向电压 。 如果R2B出现短路 ， 会产生约±0.6V的振荡幅度 。 R2B的幅度量级正确时 ， 则可达到平衡 ， 从而使VOUTPUT收敛 。 在图1所示的电路中 ， R2B采用了一个单独的100kΩdigiPOT 。
结论
通过采用所述的电路和10kΩ双digiPOT ， 可以分别以8kΩ、4kΩ和670Ω的电阻值调谐8.8kHz、17.6kHz和102kHz振荡频率 ， 频率误差低至±3% 。 提高输出频率可能会影响频率误差 。 例如 ， 200kHz时 ， 频率误差将增至6% 。
【如何使用数字电位器构建可编程振荡器】在频率相关应用中使用此类电路时 ， 必须注意不要超过digiPOT的带宽限值 ， 因为该值与可编程电阻呈函数关系 。 此外 ， 图1所示的频率调谐要求R1A和R1B的电阻值相同 。 但是 ， 两个通道只能依次设置 ， 并会导致瞬时临界中间状态 。 对于某些应用 ， 这种情况是不可接受的 。 在这些情况下 ， 可以使用支持菊花链模式的digiPOT（例如AD5204） ， 以便能够同时更改电阻值 。
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