电压频率转换课件.ppt

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1、电压频率转换原理及应用报告人：沈洁电压频率转换的主要应用主要用于信号隔离和远距离传输（1）在工业现场或较大装置的计算机测量控制系统中，由于各功能模块接地点的电位不同，它对系统内的各部分电路，尤其是对模拟电路的正常工作有着很大的影响。所以，测量现场的某些信号或控制设备往往要求相应的隔离，以保护主机正常工作，完成各项控制功能（见图）。（2）模拟信号在传输过程中容易受到各种噪声干扰，而经过v/F转换后的数字信号具有较强的抗干扰能力，故适宜远距离传输。(3)当隔离电压要求不是很高时可以用光电隔离器件来实现数据传送，而当隔离电压要求几千伏甚至上

2、万伏时必须用光纤来传送。电压频率转换信号隔离示意图:电压频率转换的主要方式多谐振荡式电荷平衡式多谐振荡式工作原理：这种结构利用电流控制精密多谐振荡器作为基本定时单元。输入级运算放大器把输入电压转换为成比例的单极性电流来驱动多谐振荡器电路和定时电容器，这个电流决定定时电容的充放电速率，而定时电容又决定多谐振荡电路的工作频率。与输入信号成正比的输出频率经过一个集电极开路的n-p-n三极管输出为方波。电荷平衡式工作原理：电荷平衡式VFC由一个积分器、比较器、精密电荷源、单稳多谐振荡器和输出三极管构成。输入信号既可为电压也可为电流。当积分器输

3、出电压达到比较器的阈值电压时，输出三极管输出一个脉宽一定的负脉冲，同时精密电荷源被触发，并有固定的电荷从该积分器中被迁移。电荷放电的速率一定与被施加的电压相一致，因此电荷源被触发的频率即输出脉冲串的频率与输入电压成正比，所以实现了电压/频率转换。多谐振荡器式与电荷平衡式VFC的比较多谐振荡器式VFC简单、便宜、功耗低，具有单位占空比的方波输出。但是精度低于电荷平衡式VFC，而且不能对负输入信号积分。（如AD654和AD537)电荷平衡式VFC比较精确，适合小的模拟信号输入，而且输入信号可以为双极性，输出波形是脉冲串。缺点是对电路要求较

4、高，输入阻抗低(如AD650、AD652和VFC320)。VFC技术指标:增益与增益误差（GainandGainError)：增益温度系数（GainTemteratureCofficient）增益温度系数是指满度频率的变化率作为温度变化（从+25℃至Tmin或Tmax）的函数。在10V满度电压条件下增益温度系数对误差的贡献与校准后温度变化10℃的作用是等效的。线性误差（LinearityErrororNonlinearity）线性误差是指实际传递函数曲线与通过传递函数两个端点的理想直线偏差的相对比率。如下图两端点：VLO=10mv,V

5、HI=10V,满度频率fFs.=100KHZ,最大频率误差为5HZ,对满度频率归一化为0.005%或50PPM。电源抑制比（PSRR-PowerSupplyRejectionRatio）指当电源电压变化时VFC频率输出增量的变化特性。单位为PPM/%。例如:AD650输入电压为10V，在电源电压为±15V时，VFC输出频率为100kHZ。当电源为±12.5V时，电源电压变化率为1/6即16.7%。如果输出频率变为99.9KHZ。那么输出频率变化率为0.1%或1000PPm。从而PSRR=1000ppm/16.7%=60ppm/%。AD

6、652原理及应用AD652简介：AD652是美国AD公司推出的一种高线性度电荷平衡式V/F转换芯片。输出频率范围宽:2MHZ(MAX)线性误差在满频度输出为1MHZ时最大为0.005%。增益误差：最大为1.5%（Fclk=4MHZ）增益温度系数：最大为75ppm/℃可与TTL或CMOS电平兼容，外接电路简单（仅需一个积分电容和上拉电阻）单极性或双极性供电：单极性0V~36V，双极性-18V~+18V.单极性或双极性输入信号：单极性输入信号0v~10v,双极性输入信号-5v~+5v.AD652组成及工作过程它主要由积分器、比较器、与门、

7、D触发器、锁存器、转换开关K、1mA恒流源、外部时钟组成一个闭环系统。单稳电路和输出集电极开路组成输出级。锁存器的Q端控制转换开关K。当K打向积分器反向端，为积分器复位过程；当K打向积分器输出端，为积分过程。电荷平衡的建立所谓的电荷平衡是指在输入信号电流和内部精密电流源之间建立的一种电荷平衡。输入积分器有两种工作模式，一个是IntegrateMode（积分模式），一个是ResetMode（重置模式）。在积分时间Ti内，输入电流Iin对积分电容CINT充电，Q=Iin×Ti；在重置时间Tr内，放电电流1mA-Iin对积分电容CINT放电

8、，Q’=(1mA-Iin)×Tr。Q=Q’，即实现了电荷平衡。电压到频率的转换由Q=Q’出发，我们可以推导出输入电压和输出频率的关系：Iin×Ti=(1mA-Iin)×TrTr为输入时钟周期，（Tr+Ti）为输出脉冲周期