vfc110电压-频率转换器

描述
vfc110电压-频率转换器是第三代vfc，具有更好的特性和性能。这些包括更高的频率操作，一个板载精度5V参考，和一个禁用功能。
精密的5V参考电压可用于补偿VFC传输功能，以及激励传感器或电桥。使能管脚允许多个VFC的输出并联、多路复用或简单地关闭VFC。开路集电极频率输出与TTL-/CMOS兼容。可使用光耦或变压器隔离输出。
内部输入电阻，一次性和积分器电容简化了应用电路。在10V输入下，这些部件被调整为4MHz的满标度输出频率。许多应用不需要额外的组件。
VFC110封装在14针塑料蘸液中。可提供工业和军事温度范围分级。

操作
4MHz满标度输出频率下运行所需的连接。此操作模式只需要电源旁路电容器和输出上拉电阻器RPU。0V到10V的输入电压产生0Hz到4MHz的输出频率。内部输入电阻、一次和积分器电容器设置满标度输出频率。该输入通过25kΩ内部输入电阻器施加到积分器放大器的求和结。插脚14（非垂直放大器输入）应直接指向车辆识别号的负端。积分放大器的共模范围被限制在大约-1V至+1V（参考模拟接地）。这使得开尔文的非垂直输入能够感应到车辆识别号的公共连接，很容易适应任何接地故障。输入阻抗加载vin等于输入电阻约25kΩ。

低频运行
通过将输入电压限制在小于标称10V满标度输入，VFC110可以在较低的频率下工作。然而，为了保持10V fs输入和最高精度，需要外部组件（见表1）。可能需要对所示标称值进行小的调整。积分器和一次性电容器与内部电容器并联。图2说明了100kHz满标度输出所需的连接。一次性电容器cos应连接到逻辑接地。一次连接（针脚6）没有短路保护。对地短路可能会损坏设备。
积分器电容的值并不直接影响输出频率，而是决定积分器输出电压波动的大小。使用等于cos的cint提供从0v到大约1.5v的积分器输出摆幅。
组件选择
外部电阻和电容器类型的选择很重要。外部输入电阻和一次性电容的温度漂移会影响输出频率的温度稳定性。NPO陶瓷电容器通常会产生最佳效果。银云母类型会导致稍高的漂移，但在许多应用中可能是足够的。rin应采用低温系数薄膜电阻。
积分器电容器用作电荷桶，其中电荷从输入、车辆识别号（vin）累积，并且该电荷在一次放电期间被耗尽。虽然桶的大小（电容值）不是关键，但它不能泄漏。电容器泄漏或介质吸收会影响传递函数的线性和偏移。高质量的陶瓷电容器可用于小于0.01μf的值。请小心使用高值陶瓷电容器。

4MHz满标度运行
高k陶瓷电容器可能具有电压非线性，这会降低整体线性度。聚苯乙烯，聚碳酸酯，或聚酯薄膜电容器是优越的高价值。

上拉电阻器
VFC110频率输出是一个开路集电极晶体管。上拉电阻器应该从FOUT连接到逻辑电源电压，+VL。输出晶体管在一次触发期间接通，导致输出逻辑低。该电阻器中的电流应限制在8毫安，以确保0.4伏最大逻辑低。为上拉电阻器选择的值可能取决于输出线上的满标度频率和电容。FOUT上的过大电容会导致输出脉冲结束时出现缓慢的圆形上升沿。这种影响可以通过使用上拉电阻来最小化，该电阻将输出电流设置为最大8ma。逻辑电源可以是任何高达+vs的正电压。

启用引脚
如果不连接，使能输入将采用逻辑高电平，使能操作。或者，使能输入可以直接连接到+vs。由于包括内部上拉电流，使能输入可以由开路集电极逻辑信号驱动。
使能输入的逻辑低导致输出脉冲停止。这是通过中断通过一次性电路的信号路径来实现的。禁用时，所有电路保持激活，静态电流不变。由于禁用时不会出现复位电流脉冲，任何正输入电压都会导致积分器运算放大器负向斜坡，并在其最大负输出摆动约-0.7V时饱和。

工作原理振荡是由电流平衡调节的（或充电）在输入电流和
VFC110使用电荷平衡技术来获得时间平均的复位电流。电流方程达到高精度。这种技术的核心是平衡：由积分器运放构成的模拟积分器，反馈电容器CINT和输入电阻RIN。积分器的输出电压与我在我IRF占空比电荷存储在CINT中。输入电压产生在输入被强制流入的vin/rin电流裁判出oR通过CINT。这个电流充电cint，导致where to是一次放电周期，fout是积分器输出电压负向上升。振荡频率。
当积分器的输出变为0V时，比较器跳闸，触发一次触发。这将参考电流iref（约为1毫安）连接到一次触发期间的积分器输入tos。此开关电流使积分器输出正向斜坡，直到一次触发周期结束。然后循环又开始了。

VREF输出可用于补偿传递函数和激励传感器。图3显示了用于偏移vfc110的传输函数以实现双极输入电压范围的vref。亚表面齐纳基准电路用于低噪声和良好的温度漂移。输出电流规定为10mA，电流限制为约20mA。VREF上的过大或可变负载会由于内部加热而降低频率稳定性。
测量输出频率
要完成积分A/D转换，必须计算VFC110的输出频率。简单的频率计数是通过计算一个参考时间的输出脉冲来完成的（通常由晶体振荡器导出）。这可以通过许多流行微处理器系列的计数器/定时器外围芯片来实现。许多微控制器都有计数器输入，可编程用于频率测量。
由于fout是一个开放的收集设备，负向边缘提供了最快的逻辑转换。在噪声环境中，在下降沿上计时计数器将提供最佳结果。
频率也可以通过精确定时一个或多个vfc输出周期来测量。然后必须计算频率，因为它与测量周期成反比。这种测量技术可以在较短的转换时间内提供较高的测量分辨率。这是大多数高性能实验室频率计数器所采用的方法。通常需要偏移传递函数，因此0V输入会导致有限频率输出。否则，输出周期（因此转换时间）接近无穷大。
频率噪声
频率噪声（输出频率的小随机变化）限制了快速频率测量技术的有效分辨率。长时间测量平均了频率噪声的影响，获得了最大的有用分辨率。VFC110设计用于最小化频率噪声，并允许在短测量时间内提高有用的分辨率。典型的特征曲线频率计数重复性与计数门时间的关系表明，随着计数门时间的变化，噪声会产生影响。它显示了一个标准差（1σ）计数变化（以fs计数的百分比表示）与计数器门时间的关系。
频率电压转换

VFC110也可以作为一个频率-电压转换器连接（图4）。输入频率脉冲应用于比较器输入。过0V的负向脉冲触发由积分器运放平均的参考电流脉冲。一次电容器和反馈电阻（与RIN相同）的值根据表1确定。输入频率脉冲不得在超过一次脉冲周期的持续时间内保持为负。图4显示了确保这一点所需的时间。如果负向输入频率脉冲持续时间较长，则可以使用所示的电容耦合电路。电平偏移或电容耦合电路不应提供低于-5V的脉冲，否则可能会损坏比较器输入。
该频率-电压转换器通过平均（滤波）在频率输入的每个下降沿上触发的参考电流脉冲来工作。输出电压中会出现频率等于输入的电压纹波。这个纹波电压的大小与积分器电容成反比。用大电容器可以使纹波任意小，但要牺牲稳定时间。CINT和RIN的R-C时间常数决定了沉降行为。通过在电压输出后添加低通滤波器，可以在输出纹波和稳定时间之间实现更好的折衷。