Cómo utilizar el oscilador SOT-23 de bajo consumo del LTC6900 como VCO

Introducción

El LTC6900 es un oscilador de precisión de baja potencia que es extremadamente fácil de usar y ocupa muy poco espacio en las placas de PC. Es una versión de baja potencia del LTC1799, que apareció en el número de febrero de 2001 de esta revista.

La frecuencia de salida, f_OSCdel LTC6900 puede ir de 1kHz a 20MHz, programado a través de una resistencia externa, R_SETy un pin divisor de frecuencia de 3 estados, como se muestra en la Figura 1.

Un bucle de retroalimentación propio linealiza la relación entre R_SET y la frecuencia de salida, por lo que la precisión de la frecuencia ya está incluida en la expresión anterior. A diferencia de otros osciladores RC discretos, el LTC6900 no necesita tablas de corrección para ajustar la fórmula que determina la frecuencia de salida.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques simplificado del LTC6900. El oscilador maestro del LTC6900 está controlado por la relación de la tensión entre V⁺ y el pin SET y la corriente, I_RESintroduciendo la clavija SET. Mientras yo_RES es precisamente la corriente que pasa por la resistencia R_SETla relación de (V⁺ - V_SET) / I_RES es equivalente a R_SET y la frecuencia del LTC6900 sólo depende del valor de R_SET. Esta técnica garantiza una precisión de ±0,5% a temperatura ambiente.

Como se muestra en la Figura 2, la tensión de la patilla SET se controla mediante una polarización interna y la tensión de la fuente de la puerta de un transistor PMOS. La tensión del pin SET (V_SET) suele estar 1,1V por debajo de V⁺.

Programación de la frecuencia de salida

La frecuencia de salida del LTC6900 se puede programar cambiando el valor de R_SET como se muestra en la figura 1 y la precisión del oscilador no se verá afectada. La frecuencia también se puede programar conduciendo la corriente dentro o fuera del pin SET, como se muestra en el concepto de la Figura 3. Esta técnica puede degradar la precisión porque la relación de (V⁺ - V_SET) / I_RES ya no depende únicamente del valor de R_SETesta pérdida de precisión se hace patente cuando la magnitud de I_PROG es comparable a I_RES. La variación de frecuencia del LTC6900 es siempre monótona.

La figura 4 muestra cómo poner en práctica el concepto mostrado en la figura 3 conectando una segunda resistencia, R_ENentre el pin SET y una fuente de tensión referenciada a tierra V_EN.

Para una tensión de alimentación dada en la Figura 4, la frecuencia de salida del LTC6900 es una función de V_EN, R_EN, R_SETy (V⁺ - V_SET) = V_RES:

Cuando V_EN = V la frecuencia de salida del LTC6900 toma el valor más alto y se define por la combinación paralela de R_EN y R_SET. Ten en cuenta también que la frecuencia de salida, f_OSCes independiente del valor de V_RES = (V⁺ - V_SET) por lo que la precisión de f_OSC está dentro de los límites de la ficha técnica.

Cuando V_EN es menor que V⁺y especialmente cuando V_EN se acerca al potencial de la tierra, la frecuencia del oscilador, f_OSCtoma su valor más bajo y su precisión se ve afectada por el cambio de V_RES = (V⁺ - V_SET). A 25°C, V_RES varía en ±8%, suponiendo que la variación de V⁺ es de ±5%. El coeficiente de temperatura de V_RES es de 0,02%/°C.

Manipulando la relación algebraica de f_OSC anterior, se puede derivar un sencillo algoritmo para definir los valores de las resistencias externas R_SET y R_ENcomo se muestra en la Figura 4 :

1. Elige el valor deseado para la frecuencia máxima del oscilador, f_OSC(MAX)que se produce con la máxima tensión de entrada V_IN(MAX) ≤ V⁺.
2. Define el valor deseado de la frecuencia mínima del oscilador, f_OSC(MIN)que se produce en la tensión de entrada mínima V_IN(MIN) ≥ 0.
3. Elige V_RES = 1,1 y calcula la relación de R_EN/R_SET de los siguientes:

Una vez R_EN/R_SET es conocido, calcula R_SET de :

Ejemplo 1: En este ejemplo, la frecuencia de salida del oscilador tiene pequeñas desviaciones. Esto es útil cuando hay que ajustar la frecuencia de un sistema en torno a un determinado valor nominal.

Sea V⁺ = 3V, f_OSC(MAX) = 2MHz para V_IN(MAX) = 3V y f_OSC(MIN) = 1,5MHz para V_EN=0V. Resolver para R_EN/R_SET mediante la ecuación (3), que da R_EN/R_SET = 9.9/1. R_SET = 110,1kΩ según la ecuación (4). R_EN = 9.9R_SET = 1,089MΩ. Para los valores de resistencia estándar, utiliza R_SET = 110kΩ (1%) y R_EN = 1,1MΩ (1%). La figura 5 muestra los valores medidos de f_OSC vs V_EN. La excursión de frecuencia de 1,5MHz a 2MHz es bastante limitada, por lo que la f_OSC vs V_EN es lineal.

Ejemplo 2: Varía la frecuencia del oscilador en una octava por voltio. Supongamos que f_OSC(MIN) = 1MHz y f_OSC(MAX) = 2MHz, cuando la tensión de entrada varía en 1V. La tensión mínima de entrada es la mitad de la alimentación, es decir, V_IN(MIN) = 1,5V, V_IN(MAX) = 2,5V y V⁺ = 3V.

La ecuación (3) da R_EN/R_SET = 1,273 y la ecuación (4) da R_SET = 142,8kΩ. R_EN = 1.273R_SET = 181,8kΩ. Para los valores de resistencia estándar, utiliza R_SET = 143kΩ (1%) y R_EN = 182kΩ (1%).

La figura 6 muestra los valores medidos de f_OSC vs V_EN. Para V_EN por encima de 1,5 V, el VCO es bastante lineal; las no linealidades aparecen cuando V_EN es inferior a 1V, aunque el VCO sigue siendo monótono.

El ancho de banda de modulación del VCO es de 25kHz; es decir, el LTC6900 responderá a los cambios en la tensión de programación de la frecuencia, V_ENque van de DC a 25kHz.

Nota:

Todos los cálculos anteriores suponen que V_RES = 1,1V, aunque V_RES ≈ 1.1V. Para completar, la Tabla 1 muestra la variación de V_RES contra varias combinaciones paralelas de R_EN y R_SET (V_EN = V). Primero calcula con V_RES ≈ 1,1V, entonces utiliza la Tabla 1 para obtener una mejor aproximación de V_RESentonces recalcula los valores de las resistencias utilizando el nuevo valor de V_RES.