Синхронизируемые пнч
Точность ПНЧ определяется точностью вольт-секундной площади импульса обратной связи, поэтому вместо одновибратора в синхронизируемых ПНЧ длительность импульса обратной связи формируется равной периоду опорной частоты тактового генератора с кварцевой стабилизацией.
Рассмотрим микросхемы AD7741/AD7742 (рис. 3, 4), заявленные фирмой Analog Devices как новое поколение синхронизируемых ПНЧ.
Рис. 3. Типовая схема включения AD7741
Рис. 4. Схема включения AD7742
AD7741 — это одноканальная версия в 8-выводном корпусе (DIP/SOIC), а AD7742 — многоканальная в 16-выводном (DIP/SOIC). Микросхема AD7741 имеет один буферизированный вход и работает с однополярным входным напряжением в диапазоне 0–VREF. AD7742 имеет четыре буферизированных входа, которые могут быть использованы как два дифференциальных или три псевдодифференциальных для работы с дифференциальным входным сигналом в диапазоне ±VREF/GAIN.
AD7742 имеет вход GAIN установки коэффициента усиления 1 или 2 и вход UNI/BIP задания униполярного/биполярного преобразования. Обе микросхемы содержат встроенный источник опорного напряжения VREF = +2,5 В, но предоставляют пользователю возможность подключать внешний источник. Обе питаются напряжением +5 В, потребляя ток 6 мА. Микросхемы также содержат блок логики понижения энергопотребления, который позволяет снизить потребление тока до 35 мкА в «спящем» режиме.
Входной сигнал через усилитель подается на емкостной модулятор, который преобразует входное напряжение в выходную последовательность импульсов фиксированной длительности. Выходной импульс генерируется по фронту сигнала тактового генератора (рис. 5). Длительность выходного импульса равна длительности тактового, а задержка между фронтом последнего и фронтом импульса на выходе обычно составляет 9 нс.
Рис. 5. Многоканальное аналого-цифровое преобразование с использованием синхронизируемых ПНЧ
Характерной особенностью AD7741/AD7742 является смещенный диапазон выходной частоты: нижней границе входного диапазона соответствует выходная частота 0,05FCLKIN, а верхней — 0,45FCLKIN (рис. 6). Таким образом, диапазон выходной частоты составляет 0,4FCLKIN. Максимально допустимая частота тактового генератора — 6 МГц.
Рис. 6. Характеристика преобразования: а)AD7741, б)AD7742 в биполярном режиме
Выход обеспечивает КМОП-уровни и позволяет подключать одну ТТЛ-нагрузку. Для управления светодиодом оптопары требуется усилитель или специальная схема с входным током менее 1,6 мА.
Удобно использовать ПНЧ совместно с микроконтроллерами, имеющими встроенные таймеры/счетчики. В восьмиканальном модуле ввода аналоговых сигналов AIN8 комплекса Decont производства АОЗТ «ДЭП» [2] применен PIC-процессор. На встроенный счетчик сигналы с выходов ПНЧ подаются по очереди через мультиплексор.
Одновременное многоканальное преобразование требует большого числа счетчиков. Реализовать массив счетчиков со схемой управления и выходом в магистраль микропроцессора можно в программируемой логической интегральной схеме, как это сделано в модуле аналоговых сигналов A16 производства АО «ТЕКОН» (Москва).
Большинство микросхем ПНЧ могут быть использованы для обратного преобразования «частота—напряжение» (ПЧН). Рисунок 7 иллюстрирует включение VFC32 для работы в режиме интегрирующего ЦАП, выходное напряжение которого пропорционально среднему значению частоты входного сигнала. ПЧН полезны в схемах гальванической развязки аналоговых сигналов, в тахометрах, в электроприводе, в телеметрии.
Рис. 7. Схема включения VFC32 в режиме ПЧН
Для электронных счетчиков электроэнергии созданы преобразователи произведения двух напряжений в частоту следования импульсов [3], например AD7750.
В Таблице 1 собрана информация [1, 4–7] о микросхемах ПНЧ ведущих фирм производителей электронных компонентов для аналого-цифрового преобразования:
Analog Devices (AD537, AD650, AD652, AD654, ADVFC32, AD7741, AD7742, AD7750);
Burr-Brown (VFC32, VFC320, VFC100, VFC101, VFC110, VFC121);
National Semiconductor (LM231, LM331);
TelCom (TC9400, TC9401, TC9402);
ПО «Альфа», г. Рига (КР1108ПП1).
При выборе ПНЧ следует учитывать:
количество внешних компонентов, требования к их качеству, цену;
точность ПНЧ (характеризуется интегральной нелинейностью, смещением и дрейфом нуля, смещением и дрейфом коэффициента преобразования);
диапазон выходной частоты (Df = fmax – fmin) для получения требуемой разрешающей способности за время измерения;
входное сопротивление или входной ток для согласования с датчиками;
энергопотребление (количество и уровни напряжений питания, ток потребления);
возможность прямого подключения оптрона к выходу ПНЧ.