Cyfrowe rozwiązanie analogowych problemów z oscylatorem
| TechnikaProjektant, potrzebujący sygnału sinusoidalnego 100Hz, zajrzy prawdopodobnie do podręcznika układów analogowych, albo poszuka informacji w Internecie. Jest to dobry sposób na początek, pomija jednak inne bardzo skuteczne rozwiązanie, jakim jest posłużenie się mikroprocesorem. Sygnał sinusoidalny można otrzymać za pomocą wielu dobrze znanych układów, jak mostek Wiena z przesunięciem fazy, czy oscylatory kwadraturowe lub Bubba. Początkowo, ponieważ opisujące je równania są ogólnie dostępne, wydają się najłatwiejszymi i najszybciej osiągalnymi rozwiązaniami. Za przykład można wziąć podręcznikowy oscylator, którego konstrukcja i działanie są zadawalające, dopóki projektant nie otrzyma zadania zmiany jego częstotliwości ze 100Hz do 200Hz. Będzie wtedy musiał powrócić do projektu i zmienić w schemacie rezystor czy kondensator. Ale można też przejść do rozwiązania cyfrowego, opartego na mikrosterowniku, co znacznie ułatwia wszystkie ewentualne późniejsze zmiany.
A jak generować sygnał sinusoidalny w układzie cyfrowym? W praktyce jest to bardzo łatwe. Trzeba najpierw do jednego z wyjść sterownika wyprowadzić sygnał modulacji szerokości impulsów (PWM). Sygnał ten może być generowany przez program sprzętowy przy użyciu wewnętrznego układu peryferyjnego PWM w sterowniku lub procesorze. Sygnał PWM przetwarza się następnie w sinusoidalny za pomocą analogowego filtru dolnoprzepustowego. Tego rodzaju układ jest pokazany na rys. 1. Wyższe częstotliwości sygnału PWM są w nim tłumione przez dolnoprzepustowy filtr drugiego rzędu. Rozwiązanie analogowe jest nieelastyczne, a zmiany mogą być dokonywane tylko przez wymianę elementów. Alternatywne, cyfrowe, jest programowalne, ma mniejsze rozmiary i jest tańsze, nie wymaga bowiem niemal żadnych zewnętrznych komponentów. Wszelkich modyfikacji dokonuje się prostym przeprogramowaniem. Może być zmieniana częstotliwość, a nawet faza, bez pogorszenia jakości. Układy cyfrowe, zastępujące analogowe, są coraz lepsze i coraz liczniejsze. Mieszczące się w chipach współczesnych mikrosterowników układy peryferyjne, jak komparatory, układy PWM i czasomierze, przyspieszają tę tendencję. Cyfrowe funkcje nie zastąpią wszystkich analogowych. Układy analogowe zachowają nadal swoje miejsce przy formowaniu sygnałów, gdzie ich szybkość i dokładność jest potrzebna do interfejsów ze światem rzeczywistym. Ale przy korzystaniu z funkcji analogowej warto sprawdzić, czy cyfrowa alternatywa nie okaże się lepsza.
Bonnie C. Baker, Microchip
Rys. 1. Częstotliwość PWM jest równa 1/T, a współczynnik wypełnienia 50%. Częstotliwość ta może być dynamicznie zmieniana przez program układowy mikrosterownika lub mikroprocesora. Filtr drugiego rzędu stłumi niewielką trzecią harmoniczną PWM o 40dB.
