用單片IC產(chǎn)生精密三角波簡介

來源：IC解密，配合幾個無源器件實現(xiàn)簡單的三角波發(fā)生器。MAX9000集成了一路高速運放、一路高速比較器和一個精密帶隙基準(zhǔn)。
　　三角波發(fā)生器的基本電路，包括兩部分功能：積分器用于產(chǎn)生三角波輸出；帶有外部滯回的比較器(施密特觸發(fā)器)用于控制三角波幅度。
　　運放被配置成產(chǎn)生三角波的積分器，其基本原理為對恒壓積分產(chǎn)生一個線性斜坡電壓，積分器輸出通過施密特觸發(fā)器反饋到其反相輸入端。施密特觸發(fā)器的輸入閾值電壓根據(jù)三角波峰值電壓設(shè)定。
　　但圖1所示電路有一個缺點，三角波峰值電壓必須與比較器反相輸入端的基準(zhǔn)電壓對稱。如要產(chǎn)生從0.5V至4.5V的三角波，則需要(0.5V + 4.5V)/2 = 2.5V的基準(zhǔn)電壓，由于標(biāo)準(zhǔn)帶隙基準(zhǔn)的輸出電壓是1.23V，所以最好能夠不依賴基準(zhǔn)電壓獨立設(shè)置三角波輸出電壓。圖2中加在滯回網(wǎng)絡(luò)上的電阻R3即可幫助實現(xiàn)這一功能，使用R3后，MAX9000輸出的三角波峰值便不再受基準(zhǔn)電壓的影響。
　　設(shè)計步驟
　　第一步. 構(gòu)建“觸發(fā)靈活”的比較器(施密特觸發(fā)器設(shè)計)
　　a) 選擇R2
　　比較器的CIN+引腳的輸入偏置電流小于80nA。為了降低輸入偏置電流帶來的誤差，流過R2的電流至少也應(yīng)該有8µA。由于R2電流等于(VREF - VOUT)/R2，考慮到輸出有兩個狀態(tài)，分別計算R2：
　　R2 = VREF/IR2
　　R2 = [(VDD - VREF)/IR2]
　　在兩個結(jié)果中選擇較小的一個，例如，如果VDD = 5V、VREF = 1.23V、IR2 =8?A，計算得到的兩個R2的結(jié)果分別為471.25kΩ和153.75kΩ，因此R2選用154kΩ。
　　b) 選擇R1和R3
　　在三角波上升沿，比較器輸出低電平(VSS)，同樣，在三角波下降沿，比較器輸出高電平(VDD)。因此，比較器必須要在三角波峰值和谷值處反轉(zhuǎn)。對比較器同相輸入端進行節(jié)點分析，解方程即得出這兩個閾值：
　　本例中，三角波電壓范圍取0.5V至4.5V，將VIH = 4.5V、VIL = 0.5V、VDD = 5V和VREF = 1.23V代入方程，可得出R1 = 124kΩ，R3 = 66.5kΩ。
　　第二步. 產(chǎn)生精確三角波(積分器設(shè)計)
　　根據(jù)比較器的兩種輸出狀態(tài)，可計算出流經(jīng)R4的電流：
　　IR4 = (VDD - VREF)/R4
　　以及：
　　IR4 = VREF/R4
　　由于運放最大輸入偏置電流為2nA，因此，為了降低誤差，流經(jīng)R4的電流應(yīng)總是大于0.2?A，由此可得出：
　　R4 < 6.12MΩ
　　三角波頻率計算公式如下：
　　本例中，取f = 25kHz、VOUT, P-P = 4V (對應(yīng)0.5V至4.5V的三角波)、VREF = 1.23V。則時間常數(shù)為R4 × C = 9.27?s，選C = 220pF，得到R4 = 42.2kΩ。
　　第三步. 實驗驗證
　　如果運放沒有擺率限制，實驗結(jié)果應(yīng)該與計算結(jié)果吻合。由于反饋電容以恒定電流充(放)電，輸出信號的最大變化率為：
　　考慮到工藝偏差，運放的典型擺率應(yīng)該比輸出信號最大擺率高40%以上，在本例中為0.56V/?s。根據(jù)MAX9000的數(shù)據(jù)資料，其運放的擺率為0.85V/?s，所以能夠產(chǎn)生25kHz的三角波。