摘要: LTC1799提供了一种替代方案,将陶瓷谐振器的频率稳定性和精度与RC振荡器的灵活性和易用性相结合,同时所需的空间比两者都少。
生成任意频率的周期波形并不总是一件微不足道的任务。低成本RC振荡器可以使用分立元件,如比较器,电阻器和电容器,或通过使用简单的集成电路,如工业标准555定时器与几个分立元件相结合来构建。这些解决方案体积庞大且不准确,特别是在频率高于几百千赫兹的情况下。
使用晶体或陶瓷谐振器作为稳定频率元件,可以实现具有预定频率的非常精确的振荡器;晶体振荡器提供了最高的性能,虽然他们是昂贵的。这些电路也很笨重,对加速度很敏感,而且往往不如RC振荡器健壮。从单晶或陶瓷振荡器产生各种频率需要额外的电路,这将增加到组件列表并消耗PC板空间。
输入LTC1799
LTC1799提供了一种替代方案,将陶瓷谐振器的频率稳定性和精度与RC振荡器的灵活性和易用性相结合,同时所需的空间比两者都少。
LTC1799是唯一的振荡器IC,可以准确地产生方波信号在任何频率从5kHz到20MHz,而不使用晶体,陶瓷元件或现有的时钟参考。一个完整的振荡器电路只需要一个LTC1799,一个频率设定电阻(R(SET))和一个旁路电容,如图1所示。使用0.1%的电阻,频率精度通常优于±0.6%。LTC1799的内部主振荡器是一个电阻频率转换器,输出范围为500kHz至20MHz。可编程的片上分频器将频率除以1,10或100,将频率范围扩展到大于三十年(5kHz至20MHz)。
选择合适的电阻很简单,因为LTC1799遵循R(SET)和频率之间的简单关系:
其中N是片上分压器设置1,10或100,取决于DIV引脚的状态。专有的反馈回路在所有操作条件下保持这种精确的关系,提供通常小于±0.004%/°C的温度系数。LTC1799的工作电压范围为2.7V至5.5V,电压系数为0.05%/V。它通常消耗1mA的电源电流。图1显示了一个产生5MHz精度信号的电路。
LTC1799:精度、分辨率和尺寸优势
LTC1799的典型频率容限为0.5%,最坏情况为1.5%,性能与陶瓷谐振器相似,远远优于使用分立电阻和电容的振荡器。其微小的温度和电压系数(通常分别为±0.004%/°C和0.05%/V)在所有操作条件下保持精度。
与使用晶体的振荡器不同,LTC1799具有无限的频率分辨率;输出频率可设置为5kHz至20MHz范围内的任意值。编程频率仅受R(SET)选择的限制。该特性允许在设计周期的后期通过改变电阻器的值来改变时钟频率,而不是在许多不同的频率下储存晶体。
LTC1799的SOT-23封装和低元件数(一个电阻,一个电容)导致PCB空间的有效利用,比任何晶体,陶瓷谐振器或分立振荡器解决方案需要更少的空间。
频率由单个电阻设定,由内部分频器量程
LTC1799的核心是一个执行精确电阻-频率转换的主振荡器。R(SET)可以是3.32k到1M之间的任何值,产生30MHz到1kHz之间的主振荡器频率,对于5k到200k之间的电阻保证1.5%的精度。为了扩展其频率范围,LTC1799包括一个可编程分频器。DIV输入引脚可以连接到GND以将主振荡器输出直接传递到OUT引脚。当DIV引脚保持浮动状态时,LTC1799在驱动出之前将主振荡器频率除以10。将DIV连接到V(+),将主振荡器除以100,产生低于100kHz的频率。表1给出了适合所需频率的DIV引脚设置。频率范围在100kHz和1MHz附近重叠,允许选择设置。由于电源电流随R(SET)值的减小而增大,因此通常首选较低的分压设置。
分频器设置 | DIV(引脚4)连接 | 频率范围 |
÷1 | 接地 | 比;500千赫* |
÷10 | 浮动 | 50kHz至1MHz |
÷100 | V + | ²100千赫 |
*在高于10MHz (R(SET) <10k)的频率下,LTC1799在低于4V的电源上可能会降低精度。 |
一旦选择了分压器设置,使用这个简单的公式计算适当的电阻值:
由于振荡器频率f(OSC)取决于电阻器值R(SET),电阻器中的任何误差都会产生f(OSC)误差。
性能竞争对手陶瓷谐振器
在5kHz至10MHz的频率范围内,LTC1799在室温下服从其频率与R(SET)方程在1.5%以内,R(SET)在10至200k之间。使用5V电源,此范围扩展到低至5k的电阻,频率高达20MHz。图2显示了在R(SET)的可能值范围内与方程的频率偏差。图3显示了在工业温度范围内的输出频率变化。
应用程序
Temperature-to-Frequency转换器
在图4中,频率设置电阻被热敏电阻取代,以创建温度-频率转换器。热敏电阻电阻在25°C时为100k,在0°C时为333k,在70°C时为16.3k,这个范围非常适合LTC1799的R(SET)允许范围。LTC1799具有低温度和高线性度,输出频率误差小于±0.5°C。图5绘制了典型和最坏情况下的输出频率与温度的关系(由于热敏电阻的误差没有显示)。
80Hz至8kHz正弦波发生器
图6显示LTC1799同时提供时钟源和开关电容滤波器的输入,以产生低失真正弦波输出。74HC4520计数器将频率除以64,然后用方波驱动滤波器。理想的方波只有奇次谐波。LTC1067-50滤波器构建块配置为低通滤波器,在所需正弦波频率的三次谐波处具有阻带陷波。五阶和高阶谐波衰减60dB或更大。由此产生的正弦波失真小于0.1%。该设计可以产生78Hz (LTC1799最小输出频率为5kHz/64)至8kHz的任何音调,受限于LTC1067-50在3V电源下的最大时钟频率。图7显示了1kHz音调(R(SET) = 158k欧姆)的作用域捕获。
数字频率控制
图8显示了由12位电压输出D/ a转换器控制的LTC1799的细节。由于LTC1799是一个电阻-频率转换器,必须测量V(CC)和SET之间的输入电压并使用它来产生电流。因此,DAC和运算放大器在V(CC)和SET之间创建一个数字控制电阻。图9显示了测量的输出频率与输入代码的关系。线性非常好,除了在端点处;低频精度受运放偏置和增益误差的限制,而最高频率受运放最大输出电压的限制。
结论
LTC1799是一个微小,精确,易于使用的振荡器,由单个电阻编程。LTC1799的典型频率精度优于0.5%,温度和电源依赖性低,在不牺牲PCB空间的情况下,提供了接近晶体振荡器和陶瓷谐振器的性能。此外,输出频率具有无限的分辨率,因为它是电阻可编程的。凭借其电阻-频率转换架构,LTC1799在一个很小的SOT-23封装中提供了前所未有的简单性,稳定性,精度,频率范围和分辨率的组合。
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