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              VFC110高频电压-频率转换器

              时间:2019-5-14, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

              BITMEX www.bbhnm.com 特点:高频操作:4mhz fs最大优良线性度:±0.02%典型在2 mhz精度5伏参考禁用引脚低抖动

              集成A/D转换过程控制电压隔离压控振荡器调频遥测的应用

              描述

              VFC110电压-频率转换器是第三代VFC,提供了改进的功能和性能。这些包括更高的频率操作、机载精密5伏参考电压和禁用功能。

              精密的5V参考电压可用于补偿VFC传递函数,以及激励传感器或电桥。使能管脚允许多个VFC的输出并联、多路复用或简单地关闭VFC??芳缂德适涑鲇隩TL-/CMOS兼容??墒褂霉怦罨虮溲蛊鞲衾胧涑?。

              内部输入电阻、一次触发和积分器电容简化了应用电路。在10V输入下,这些部件被修剪为4mHz的满刻度输出频率。许多应用程序不需要额外的组件。

              VFC110采用14针塑料浸渍包装。有工业和军事温度范围的升级。

              电源电压(vs to vs)40V

              污水池电流50mA

              电压为-5 V至+V的比较器

              启用输入+vs到-vs

              积分器共模电压1.5 V至+1.5 V

              积分器差分输入电压+0.5 V至0.5 V

              积分器输出(短路)不确定

              VREF输出(短路)不确定

              工作温度范围P包40°C至+85°C

              储存温度P包装40°C至+125°C

              (1)超过这些额定值的应力可能导致永久性损坏。长时间暴露在绝对最大条件下可能会降低设备的可靠性。这些只是应力额定值,不支持设备在这些条件下或超出规定条件的任何其他条件下的功能操作。

              这种集成电路会被静电放电损坏。德州仪器公司建议所有集成电路的处理应采取适当的预防措施。不遵守正确的操作和安装程序可能导致损坏。

              静电放电损伤的范围从细微的性能退化到整个设备故障。精密集成电路可能更容易受到损坏,因为非常小的参数变化可能导致设备不符合其公布的规格。

              以4mHz的满刻度输出频率操作所需的连接。这种操作模式只需要电源旁路电容器和输出上拉电阻(RPU)。0伏到10伏的输入电压产生0赫兹到4赫兹的输出频率。内部输入电阻、一次触发电容和积分器电容设置满标度输出频率。该输入通过25kΩ内部输入电阻应用于积分器放大器的求和结。插脚14(非反向放大器输入)应直接指向VIN的负侧。集成放大器的共模范围被限制在模拟接地的−1V至+1V左右。这使得开尔文的非反向输入能够感应到VIN的公共连接,很容易适应任何接地误差。输入阻抗加载VIN约等于输入电阻25kΩ。

              低频运行

              通过将输入电压限制在低于额定10V满量程输入,VFC110可以在较低的频率下工作。然而,为了保持10V fs输入和最高精度,需要外部元件??赡苄枰运镜谋瓿浦到行〉髡??;制骱偷サ愕缛萜饔肽诓康缛萜鞑⒘?。图2说明了100kHz满量程输出所需的连接。单次电容器cos应该是接逻辑地。一次连接(针脚6)没有短路?;?。对地短路可能损坏设备。

              积分器电容器的值不直接影响输出频率,而是决定积分器输出电压摆幅的大小。使用一个等于cos的CInt可以提供从0V到大约1.5V的积分器输出摆动。

              外部电阻和电容器类型的元件选择是重要的。外部输入电阻和单次电容器的温度漂移会影响输出频率的温度稳定性。NPO陶瓷电容器通?;岵罴研Ч?。银云母类型将导致稍高的漂移,但在许多应用中可能是足够的。RIN应使用低温系数薄膜电阻。

              积分器电容器用作电荷桶,其中电荷从输入VIN累积,并且在一次放炮期间该电荷被排出。虽然桶的大?。ǖ缛萜髦担┎恢匾?,但不能泄漏。电容器泄漏或介质吸收会影响传递函数的线性和偏移。高质量陶瓷电容器可用于低于0.01微F的值。请小心使用高值陶瓷电容器。高钾陶瓷电容器可能存在电压非线性,会降低整体线性度。聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚酯薄膜电容器具有较高的价值。

              上拉电阻

              VFC110频率输出为开路集电极晶体管。一个上拉电阻应该从FOUT连接到逻辑电源电压+VL。输出晶体管在一次触发期间打开,导致输出为逻辑低。该电阻中的电流应限制在8mA,以确保0.4V最大逻辑低。价值

              上拉电阻的选择可能取决于输出线上的满标度频率和电容。FOUT上的电容过大将导致输出脉冲末端的缓慢、圆形上升边缘。这种效果可以通过使用一个上拉电阻来最小化,该电阻将输出电流设置为最大值8mA。逻辑电源可以是高达+vs的任何正电压。

              使能插脚如果不连接,使能输入将假定逻辑高电平,使能操作?;蛘?,使能输入可以直接连接到+vs。由于包括内部上拉电流,使能输入可以由开路集电极逻辑信号驱动。使能输入处的逻辑低导致输出脉冲停止。这是通过中断一次电路的信号通路来实现的。禁用时,所有电路保持激活状态,静态电流不变。由于禁用时不会出现重置电流脉冲,任何正输入电压都会导致积分器运算放大器负向斜坡,并在其最负输出摆动约为−0.7V时饱和。当启用输入接收到逻辑高(大于+2V)时,会启动重置电流循环(导致FOUT变低)?;制髡蚯阈?,运行正常。输出频率稳定所需的时间大约等于最终输出频率的一个周期加上1微秒。

              工作原理

              VFC110采用电荷平衡技术来实现高精度。该技术的核心是由积分器运放、反馈电容器CINT和输入电阻RIN组成的模拟积分器?;制鞯氖涑龅缪褂隒INT中存储的电荷成比例。输入电压产生VIN/RIN的输入电流,迫使其流过CINT。该电流对CINT充电,导致积分器输出电压负斜坡。

              当积分器的输出电压上升到0V时,比较器跳闸,触发一次触发。这将参考电流IRef(约1mA)连接到单次放炮期间的积分器输入TOS。该开关电流使积分器输出正向斜坡,直到一次触发周期结束。然后循环再次开始。

              振荡由输入电流和时间平均重置电流之间的电流(或电荷)平衡来调节。电流平衡方程为:

              其中to是一发周期,fout是振荡频率。

              使用使能输入,几个VFC的输出可以连接到单个输出线路。所有禁用的VFC都将具有高输出阻抗;然后一个激活的VFC可以在输出线上传输。由于禁用的VFC没有振荡,因此它们不能干扰或锁定正在运行的VFC。当一个VFC的工作频率几乎与附近的VFC相同或是其倍数时,就会发生锁定。两者之间的耦合可能导致它们锁定到相同或精确的多个频率。然后需要一个小的增量输入电压变化来解锁它们。禁用不需要的VFC时,不能发生锁定。

              参考电压VREF输出可用于抵消传递函数和激励传感器。图3显示了用于补偿VFC110传递函数以实现双极输入电压范围的VREF。亚表面齐纳参考电路用于低噪声和良好的温度漂移。输出电流规定为10mA,电流限制为约20mA。由于内部加热,VREF上的过大或可变负载会降低频率稳定性。

              测量输出频率以完成积分A/D转换,必须计算VFC110的输出频率。简单的频率计数是通过计算参考时间内的输出脉冲(通常由晶体振荡器产生)来完成的。这可以通过计数器/定时器外围芯片实现,可用于许多流行的微处理器系列。许多微控制器都有计数器输入,可编程用于频率测量。由于FOUT是一个开放式集电极装置,负向边缘提供了最快的逻辑转换。在噪音环境中,在下降边缘计时计数器将提供最佳结果。频率也可以通过精确定时一个或多个VFC输出周期来测量。然后必须计算频率,因为它与测量周期成反比。这种测量技术可以在短的转换时间内提供更高的测量分辨率。这是大多数高性能实验室频率计数器使用的方法。通常需要偏移传递函数,因此0V输入会导致有限的频率输出。否则输出周期(因此转换时间)将接近无穷大。

              频率噪声频率噪声(输出频率的小随机变化)限制了快速频率测量技术的有用分辨率。长测量时间平均频率噪声的影响,达到最大的有用分辨率。VFC110设计用于最小化频率噪声,并允许在短的测量时间内提高有用的分辨率。典型

              特性曲线频率计数重复性与反门时间的关系表明,随着反门时间的变化,噪声的影响。它显示了一个标准偏差(1σ)计数变化(以fs计数的百分比表示)与反门时间的关系。

              变频-电压转换VFC110也可以作为频率-电压转换器连接。输入频率脉冲应用于比较器输入。负向脉冲通过0V触发参考电流脉冲,该脉冲由积分器运算放大器平均。单次电容器和反馈电阻(与RIN相同)的值由表1确定。输入频率脉冲的负持续时间不得超过一次放炮的持续时间。图4显示了确保这一点所需的时间。如果负向输入频率脉冲持续时间较长,则可以使用所示的电容耦合电路。电平漂移或电容耦合电路不应提供低于-5 V的脉冲,否则会损坏比较器输入。该频率-电压转换器通过平均(过滤)频率输入处每个下降沿触发的参考电流脉冲来工作。输出电压中会出现频率等于输入的电压纹波。这种纹波电压的大小与积分器电容成反比。用大电容器可以任意地使纹波变小,但要牺牲稳定时间。CINT和RIN的R-C时间常数决定了沉淀行为。通过在电压输出后添加一个低通滤波器,可以在输出纹波和稳定时间之间实现更好的折衷。


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