Analog Devices
Avtor: Andy Crofts
Slike: Vir Analog Devices
Oscilator LTC1799, ki se programira z uporom, odpravlja težave pri načrtovanju natančnega referenčnega vira s kvadratnim izhodnim signalom.
Frekvenco se nastavi s samo enim uporom
En sam upor (RSET), priključen med napajanje in vhodni pin (SET), nastavi frekvenco glavnega oscilatorja na vrednost med 100 kHz in 30 MHz. Notranji delilnik takta se programira z uporabo vhodnega pina s tremi stanji (DIV), da se frekvenca glavnega oscilatorja pred napajanjem izhoda deli z 1, 10 ali 100. To razširi spodnjo mejo na 1 kHz za skupni razpon od 1 kHz do 30 MHz. Izhodna frekvenca je linearno povezana z RSET, kot je določeno v enačbi za nastavitev frekvence:
To preprosto in natančno razmerje se doseže z lastniško zasnovo, ki linearizira pretvorbo upora v frekvenco in s tem odpravlja napake, kot je zamik pri delovanju oscilatorja.
Majhen čip, odlične lastnosti
Kot je prikazano na sliki 2, za popoln oscilator potrebujete le LTC1799, upor za nastavitev frekvence in blokirni kondenzator. Majhno število komponent v vezju in majhno SOT-23 ohišje čipa LTC1799 skupaj omogočata znaten prihranek prostora na tiskanem vezju v primerjavi z oscilatorji, zgrajenimi iz kristalov, keramičnih resonatorjev, 555 časovnikov ali diskretnih komponent.
Zaradi te miniaturizacije ne pride do poslabšanja zmogljivosti. LTC1799 ima pri sobni temperaturi zagotovljeno frekvenčno natančnost ±1,5 % (tipično ±0,5 %). Ta specifikacija velja za celotno območje napajalne napetosti od 2,7 V do 5,5 V, kar omogoča izjemno majhen tipični odklon 0,05 %/V glede na napajalno napetost.
Natančnost ostaja visoka tudi pri različnih temperaturah. LTC1799C ima tipični temperaturni odklon ±0,004 %/°C, z zagotovljeno natančnostjo ±2 % v temperaturnem območju od 0 °C do 70 °C (zagotovljena natančnost LTC1799I je ±2,5 % v temperaturnem območju od –40 °C do 85 °C). Slika 3 prikazuje frekvenčni izhod vezja iz slike 1 v industrijskem temperaturnem območju za tri tipične komponente.
Zaradi nizke občutljivosti na nihanja napetosti in temperature ima LTC1799 lastnosti, ki jih noben drug oscilator ne more doseči. Zamenjava RSET s potenciometrom omogoča »nastavitev« izhodne frekvence po dokončanju vezja. Ko je nastavljena, bo LTC1799 natančno ohranjal želeno frekvenco v vseh pogojih delovanja. Kristalov in keramičnih resonatorjev ni mogoče nastaviti na ta način; časovniki 555 in drugi RC oscilatorji nimajo takšne ravni stabilnosti.
Hiter čas zagona
Ena od pogostih težav, s katerimi se razvijalci srečujejo pri kristalnih oscilatorjih, je dolg čas zagona, preden vezje začne nihati na končni frekvenci. Pri frekvencah v območju MHz ta čas zagona običajno znaša 10 ms. Pri frekvencah pod 100 kHz lahko zagon kristalnega oscilatorja traja tudi do sekunde. LTC1799 potrebuje manj kot 1 ms, da se ustali z odstopanjem manj kot 1 % pri kateri koli frekvenci med 5 kHz in 30 MHz.
LTC1799 je odporen na vibracije in pospeške, kar je še ena težava, s katero se spopadajo kristalni oscilatorji. Tipični tok porabe LTC1799 znaša 1 mA (največ 2,4 mA pri 10 MHz in napetosti 5 V) je zelo učinkovit v primerjavi s 10 do 30 mA, ki jih porabijo številni kristalni oscilatorji.
Načrtovanje v dveh korakih
LTC1799 združuje neomejen izbor frekvenc (omejeno le z izbiro upora) z izjemno enostavno uporabo. Zunanji upor RSET določa frekvenco glavnega oscilatorja v območju od 100 kHz do 30 MHz. Tristopenjski izvod DIV določa, ali se signal glavnega oscilatorja posreduje neposredno na izhod ali se najprej deli z 10 ali 100. Postopek načrtovanja je preprost:
- Na podlagi tabele 1 določite ustrezno nastavitev delilnika.
- Če je znana vrednost N, izračunajte najboljšo vrednost za RSET z uporabo enačbe:
Tako preprosto je! Ker LTC1799 pretvarja upornost v frekvenco, seveda vsaka napaka v vrednosti RSET (zaradi tolerance upora ali neoptimalne izbire vrednosti upora) zmanjša natančnost frekvence. Zato za najboljšo zmogljivost priporočamo upor z 1 % ali 0,1 % toleranco.
O avtorju
Andy Crofts je višji inženir za razvoj v skupini za avtonomni prevoz in varnost pri podjetju Analog Devices. Ukvarja se z integriranimi vezji za časovno sinhronizacijo TimerBlox™ in Silicon Oscillator. Diplomiral je iz elektrotehnike (BSEE) in magistriral iz elektrotehnike (MSEE) na Univerzi Texas A&M v College Stationu v Teksasu.
Uporaba: Pretvornik temperature v frekvenco
Najbolj preprosta uporaba vezja LTC1799 je kot referenčni vir s konstantno frekvenco. Vendar pa njegova arhitektura pretvorbe upornosti v frekvenco omogoča številne različne uporabe. Slika 5 prikazuje pretvornik temperature v frekvenco, ki je zgrajen s preprosto zamenjavo RSET s termistorjem. YSI 44011 ima upornost 100 kΩ pri 25 °C, 333 kΩ pri 0 °C in 16,3 kΩ pri 70 °C, kar lepo ustreza dovoljenemu območju LTC1799 za RSET. Z nizkim temperaturnim koeficientom in visoko linearnostjo LTC1799 doda manj kot 0,5 °C napake v komercialnem temperaturnem območju. Slika 6 prikazuje izhodno frekvenco v odvisnosti od temperature.
Zaključek
LTC1799 je majhen, natančen in enostaven za uporabo oscilator, ki se nastavi z enim samim uporom. Z značilno natančnostjo, ki presega 0,5 %, ter nizko občutljivostjo na temperaturo in napetost napajanja se zmogljivost LTC1799 približuje zmogljivosti kristalnih oscilatorjev in keramičnih resonatorjev, hkrati pa zahteva precej manj prostora na tiskanem vezju. Arhitektura pretvorbe upornosti v frekvenco omogoča neskončno ločljivost in preprostost zasnove. Rezultat je oscilator s kvadratnim izhodom z odlično kombinacijo enostavnosti uporabe in natančnosti v majhnem SOT-23 ohišju.
