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(多图) 用硅振荡器定时取替RC电路的555定时器

: Greg Zimmer 凌力尔特公司 高级产品市场工程师?? 2010年12月27日 ?? 收藏0

  人们也许会说,17 世纪是个野蛮残暴的时代,就医疗技术而言,确实如此。因为理发师就是外科医师,多严重的问题也是他们来解决。他们的解决办法常常是外科手术,而且不用消毒剂和麻醉剂。理发师是专家,负责去掉妨碍人们健康的任何东西:头发、牙齿、附属器官、活命的体液,等等。对我们来说,幸运的是,理发师的从业范围已经缩小到了比较适中的水平,现在由专门的医疗专家来解决“真正严重的问题”。理发师充当外科医师的悠久历史很好地说明了技术进步的过程。诚然,在电子产品领域,生命周期有时非常短暂,我们没有时间迷恋任何特定的技术。但是,对于古老的 RC 电路,情况却不是这样,数 10 年来,RC 电路一直是一种广受欢迎的定时组件。你只需观察一下 555 定时器使用的广泛程度就够了,依靠 RC 电路的 555 定时器发明至今已经近 40 年了。即使最近几年,新的 555 定时器版本仍然不断在市场上出现。而且,不仅仅是 555 定时器,还有无数集成式器件依靠 RC 电路实现定时,因为 RC 电路一直是最简单、最灵活和可编程度最高的选择。但是,无论 RC 电路是如何实现的,使用 RC 电路总是伴随着诸多限制。现在,

随着一类新的和基于硅振荡器技术的定时器件的出现,上述情形就发生了改变。

  也许最简单、最常见的电子电路是电阻器和电容器串联后连接到地所形成的电路。如图 1 所示,当电压加在电阻器上时,电容器上的电压响应会呈现指数规律:VC = VR (1 – e-t/?),当电阻器接地时,电容器上的电压响应会呈现类似但反向的指数规律:VC ?= VINITIAL (e-t/?)。这种简单和可预测的时间响应使这种电路成为滤除噪声、降低快速信号边沿速度、保护设备输入、避免竞态情况以及解决其他无数定时问题的理想解决方案。即使没有给电路添加电阻器或电容器,由于走线或连线中的电阻,这种电路实际上也常常存在。

 用硅振荡器定时取替RC电路的555定时器-1  

  图 1:

  CHARGE:充电DISCHARGE:放电PERCENT OF CAPACITOR CHARGE:电容器充电百分数TIME:时间  增加若干组件以后,具有可预测的充电和放电特性的 RC 电路就可用作电子定时组件了。RC 电路的一个良好特性是,可用来设定具有单稳态和非稳态响应的时序,如图 2 所示。在单稳态工作模式时,触发器打开开关,电容器充电,当电容器达到 2V 时,比较器使输出复位。要实现启动、停止排序或延迟一个事件等异步时序时,单稳态工作是必需的。在非稳态工作模式,反馈信号不断改变电容器的充电和放电方向,保持电容器电压在一个固定范围内 (本例为 1V 到 2V 之间)。结果,只要保持对电路的供电,就能产生连续的脉冲串,或者形成振荡器。

  用硅振荡器定时取替RC电路的555定时器-2

  图 2:简化的 555 电路说明了如何利用 RC 电路

  JUMPER CONFIGURES EITHER ASTABLE OPERATION (JP2) OR MONOSTABLE OPERATION (JP2):跨接线配置非稳态工作模式 (JP1) 或单稳态工作模式 (JP2) TRIGGER IN:触发器输入OUTPUT:输出MONOSTABLE OPERATION:单稳态工作模式TRIGGER IN (OPENS SW):触发器输入 (打开开关) OUTPUT:输出ASTABLE OPERATION:非稳态工作模式  

  频率和时间的可编程性是 RC 电路的关键特性,而且取决于工程师是否能找到合适的电阻器和电容器组合。不同尺寸和类型的电容器很多,但是需要在准确度、尺寸和成本之间进行权衡。使用 NP0/COG 型电容器可得到最佳容限为 1-2%。但是因为 NP0 / COG 电容器的容量超过 1uF 以后,价格非常昂贵,所以设计师有可能折中使用容限为 5% 或更差的电容器,5% 容限是其他类型电容器的典型值。就非常小的电容值而言,设计师应该知道,杂散电容或栅电容会引起误差。例如,在图 2 中,比较器输入端仅存在几 pF 的电容,就会引起 1% 的误差。除了这些问题,可能还存在其他电容器误差源,如 ESR、温度系数和泄漏电流。面对所有这些电容器问题,在半导体芯片中集成 RC 电容器似乎是个不错的想法。但是,因为基于半导体的准确电容器需要占用很大的芯片面积 (即使采用非常小的电容值),并需要进行大量微调,所以这是一种昂贵的解决方案。由于 RC 值选择范围和较高成本的限制,在采用 RC 电路时,这不是一种常见的选择,因此外部电容器令人头痛的诸多问题也许永远不会消失。

  面对电容器受到的实际限制,电阻器的选择变得更加关键了,不过电阻器也受到一些限制。如果 RC 电路的电阻非常小,就会产生功耗后果,因为大量功率浪费在电阻器上


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