用单片IC产生精密三角波简介

来源：IC解密，配合几个无源器件实现简单的三角波发生器。MAX9000集成了一路高速运放、一路高速比较器和一个精密带隙基准。
　　三角波发生器的基本电路，包括两部分功能：积分器用于产生三角波输出；带有外部滞回的比较器(施密特触发器)用于控制三角波幅度。
　　运放被配置成产生三角波的积分器，其基本原理为对恒压积分产生一个线性斜坡电压，积分器输出通过施密特触发器反馈到其反相输入端。施密特触发器的输入阈值电压根据三角波峰值电压设定。
　　但图1所示电路有一个缺点，三角波峰值电压必须与比较器反相输入端的基准电压对称。如要产生从0.5V至4.5V的三角波，则需要(0.5V + 4.5V)/2 = 2.5V的基准电压，由于标准带隙基准的输出电压是1.23V，所以最好能够不依赖基准电压独立设置三角波输出电压。图2中加在滞回网络上的电阻R3即可帮助实现这一功能，使用R3后，MAX9000输出的三角波峰值便不再受基准电压的影响。
　　设计步骤
　　第一步. 构建“触发灵活”的比较器(施密特触发器设计)
　　a) 选择R2
　　比较器的CIN+引脚的输入偏置电流小于80nA。为了降低输入偏置电流带来的误差，流过R2的电流至少也应该有8µA。由于R2电流等于(VREF - VOUT)/R2，考虑到输出有两个状态，分别计算R2：
　　R2 = VREF/IR2
　　R2 = [(VDD - VREF)/IR2]
　　在两个结果中选择较小的一个，例如，如果VDD = 5V、VREF = 1.23V、IR2 =8?A，计算得到的两个R2的结果分别为471.25kΩ和153.75kΩ，因此R2选用154kΩ。
　　b) 选择R1和R3
　　在三角波上升沿，比较器输出低电平(VSS)，同样，在三角波下降沿，比较器输出高电平(VDD)。因此，比较器必须要在三角波峰值和谷值处反转。对比较器同相输入端进行节点分析，解方程即得出这两个阈值：
　　本例中，三角波电压范围取0.5V至4.5V，将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. 产生精确三角波(积分器设计)
　　根据比较器的两种输出状态，可计算出流经R4的电流：
　　IR4 = (VDD - VREF)/R4
　　以及：
　　IR4 = VREF/R4
　　由于运放最大输入偏置电流为2nA，因此，为了降低误差，流经R4的电流应总是大于0.2?A，由此可得出：
　　R4 < 6.12MΩ
　　三角波频率计算公式如下：
　　本例中，取f = 25kHz、VOUT, P-P = 4V (对应0.5V至4.5V的三角波)、VREF = 1.23V。则时间常数为R4 × C = 9.27?s，选C = 220pF，得到R4 = 42.2kΩ。
　　第三步. 实验验证
　　如果运放没有摆率限制，实验结果应该与计算结果吻合。由于反馈电容以恒定电流充(放)电，输出信号的最大变化率为：
　　考虑到工艺偏差，运放的典型摆率应该比输出信号最大摆率高40%以上，在本例中为0.56V/?s。根据MAX9000的数据资料，其运放的摆率为0.85V/?s，所以能够产生25kHz的三角波。