Преобразование прямоугольных импульсов в пилообразные

Генерация аналоговых пилообразных сигналов (линейное нарастание с последующим быстрым сбросом в ноль) из цифровых времязадающих импульсов является распространенной функцией. Обычно для этого требуется источник отрицательного напряжения, как показано на Рисунке 1, где

(Здесь V_SAW – амплитуда пилообразных импульсов, T_SQ – период прямоугольных импульсов). Эта топология проста и хорошо работает, но ее недостатком является необходимость в отдельной отрицательной шине питания для возможности привязки интегратора к земле. Кроме того, RC-цепочка перед коммутатором U1, которая должна дифференцировать положительные фронты прямоугольных импульсов, довольно несимпатична и неточна.

Рисунок 1.	Для обычной схемы преобразования цифровых прямоугольных импульсов в аналоговое пилообразное напряжение нужна отрицательная шина питания.

На Рисунке 2 показана альтернативная топология генератора пилообразного напряжения, в которой для сброса интегратора A1 используется плавающий конденсатор C2. Это позволяет привязать его к положительной шине, а не к земле, устраняя необходимость в отрицательной шине и дифференцировании импульсов, как в схеме на Рисунке 1. Вот как это работает.

Рисунок 2.	Плавающий конденсатор C2 сбрасывает выходное пилообразное напряжение RRIO операционного усилителя A1 до нуля, позволяя привязать его к положительной шине вместо земли.

Неинвертирующий вход операционного усилителя A1 с rail-to-rail входами и выходом ( ), привязанный к положительной шине V_L, позволяет резистору R1 выполнять функцию источника тока, текущего между землей и суммирующей точкой A1. Этот ток обеспечивает линейное нарастание выходного напряжения A1 до уровня

Одновременно плавающий конденсатор C2, подключенный к выходу A1 через коммутатор U1a, заряжается до напряжения V_SAW. Затем на положительном фронте входного прямоугольного импульса нижний вывод конденсатора C2 подключается к суммирующей точке усилителя A1, а верхний вывод переключается с земли на V_L. Это добавляет квант заряда в конденсатор C1:

Учитывая, что C1 = C2, это сбрасывает напряжение на выходе пилообразных импульсов до уровня земли, как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3.	Форма напряжений на входе прямоугольных импульсов и на выходе пилообразных импульсов, где VSAW = VL T/(R1C1).

Для максимальной точности элементы R1, C1 и C2 должны быть прецизионными.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments CD74HC4053
2. Datasheet Texas Instruments TLV2371