Programmeeritavate ostsillaatorite loomine digitaalsete potentsiomeetrite abil

Digitaalsed potentsiomeetrid (digiPOT-id) on mitmekülgsed ja neid saab kasutada väga erinevates rakendustes, näiteks vahelduvvoolu signaalide filtreerimiseks või genereerimiseks. Kuid mõnikord peab sagedust olema võimalik muuta ja kohandada vastavalt soovitud rakendusele. Programmeeritavad lahendused, mis võimaldavad sagedust sobiva liidese kaudu reguleerida, on selliste konstruktsioonide puhul äärmiselt kasulikud ja võivad mõnel juhul arendamist oluliselt hõlbustada. Selles artiklis kirjeldatakse meetodit, mille abil saab suhteliselt hõlpsalt konstrueerida programmeeritavat ostsillaatorit, mille võnkesagedust ja amplituudi saab digiPOT-ide abil üksteisest sõltumatult reguleerida. Joonisel 1 on kujutatud tüüpilist dioodiga stabiliseeritud Wien-silla ostsillaatorit, mille abil saab väljundis (VOUTPUT) realiseerida täpseid siinussignaale vahemikus ligikaudu 10 kHz kuni 200 kHz. Wien-sildostsillaatoreid iseloomustab see, et ühe sillatee moodustab ribapääsfilter ja teise pingejagur. Selles näites kasutatakse lisaks ADA4610-1 rööbas-rööpa täppisvõimendile AD5142 digiPOT-i, mis sisaldab kahte sõltumatult juhitavat potentsiomeetrit, millest igaühe eraldusvõime on 256 sammu. Takistuse väärtuste programmeerimine toimub SPI kaudu, nagu on näidatud joonisel 2. Alternatiivina võib kasutada AD5142A, mida saab juhtida I2C kaudu. Mõlemad variandid on saadaval 10 kΩ või 100 kΩ potentsiomeetritena. Joonis 1. Programmeeritav Wien-silla ostsillaator amplituudi stabiliseerimisega, kus takistid on asendatud digiPOT-idega. Joonis 2. AD5142 plokkskeem. Joonisel 1 kujutatud klassikalises ostsillaatoriahelas moodustab tee R1A, R1B, C1 ja C2-ga positiivse tagasiside, samas kui negatiivne tagasiside antakse R2A, R2B ja kahe paralleelse dioodi D1 ja D2 või nende takistuse RDIODE kaudu. Siin kehtib võrrand 1: Püsiva stabiilse võnkumise saavutamiseks on vaja kõrvaldada ahela võimenduse faasinihe. Valemitega väljendatuna saadakse ostsillaatori sageduse jaoks järgmine termin: Siin on R programmeeritava takistuse väärtus AD5142-l: D on AD5142-sse programmeeritud digitaalkoodi kümnendekvivalent ja RAB on potentsiomeetri kogutakistus. Võnkumise säilitamiseks peaks Wien-sild olema suhteliselt tasakaalus – see tähendab, et positiivse tagasiside kasv ja negatiivse tagasiside kasv peavad olema kooskõlastatud. Kui positiivne tagasiside (võimendus) on liiga suur, suureneb võnkeamplituud ehk VOUTPUT kuni võimendi küllastumiseni. Kui domineerib negatiivne tagasiside, siis amplituud vastavalt sumbub. Siin näidatud vooluahela jaoks tuleks võimendus R2/R1 seadistada ligikaudu 2-le või veidi kõrgemale. See tagab, et signaal hakkab võnkuma. Kuid negatiivse tagasiside ahela dioodide vahelduv sisselülitamine põhjustab ka võimenduse ajutiselt alla 2 ja stabiliseerib seeläbi võnkumist. Kui soovitud võnkesagedus on kindlaks määratud, saab võnke amplituudi häälestada sagedusest sõltumatult R2 kaudu. Seda saab arvutada järgmiselt: Muutujad ID ja VD tähistavad seega vastavalt dioodi pärivoolu ja dioodi pärivoolu pinget D1 ja D2 vahel. Kui R2B on lühistatud, saadakse ligikaudu ±0.6 V võnkeamplituud. R2B õige suurusjärgu korral on võimalik saavutada tasakaal nii, et VOUTPUT läheneb. Joonisel 1 näidatud vooluringis kasutatakse R100B jaoks eraldi 2 kΩ digiPOT-i. Järeldus Kirjeldatud vooluringi ja 10 kΩ kahe digiPOT-iga saab võnkesagedusi 8.8 kHz, 17.6 kHz ja 102 kHz häälestada takistusväärtustega vastavalt 8 kΩ, 4 kΩ ja 670 Ω madala sageduse veaga kõigest ±3%. Võimalikud on ka kõrgemad väljundsagedused, mis mõjutavad sagedusviga. Näiteks sagedusel 200 kHz suureneb sagedusviga 6%-ni. Selliste vooluahelate kasutamisel sagedusest sõltuvates rakendustes on samuti oluline mitte rikkuda digiPOT-i ribalaiuse piirangut, kuna see on programmeeritud takistuse funktsioon. Lisaks nõuab sageduse häälestamine joonisel 1, et R1A ja R1B takistuse väärtused oleksid samad. Kuid kahte kanalit saab seadistada ainult järjestikku ja need võivad viia hetkelise kriitilise vaheolekuni. See võib teatud rakenduste puhul olla vastuvõetamatu. Sellistel juhtudel on võimalik kasutada digiPOT-e koos ahela režiimiga (näiteks AD5204), et võimaldada mõlema takistuse väärtuse muutumist korraga.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri