[参考译文] OPA134：改进微控制器音频音调发生器的电路

您好、Samuel、

ISO177F 是一款数字隔离器、其输出电平将接近0和5V 的极端值。 然后、其数字输出将通过 R6、C5积分器、其中的数字音调将被滤除更高的谐波。 由于低通滤波器仅为一阶滤波器、因此谐波电平的降低将受到限制。 多少取决于谐波频率与滤波器截止频率之间的关系。 请注意、ISO7710F 开关导通电阻和串联输出电阻(~20欧姆)将使滤波器的截止频率从16kHz 稍微降低一些。

增益计算实际上从低通滤波器的输出到 DRV135的输出开始。 有一个由 C6和 R7组成的高通滤波器、其截止频率低于0.16Hz。 高于该较低频率时、通过高通的增益将为+1V/V (0dB)、通过 OPA134UA 单位增益缓冲级的增益将为+1V/V (0dB)。 R8、P1和 R9构成一个电阻分压器、其增益将小于1V/V

当 P1的雨刮器位于高端时、高侧的电阻为20k (R8)、低侧为20.01k (P1 + R9)。 但是、DRV135UA 输入阻抗将加载该较低侧电阻、 这被列为10k。与 P1加上 R9并联的10k 会导致总下端电阻约为6.67K。因此、分压器看起来像一个与6.67k 接地电阻串联的 R8。 该分压器的增益为0.25V/V 或-12dB。

当 P1的雨刮器位于低端时、高侧的电阻为40k (R8 + P1)、低侧的电阻为10欧姆(R9)。 DRV135UA 输入阻抗加载10个电阻器、但其影响很小。 分压器的增益为0.00025V/V 或-72dB。 电阻分压器后面是 DRV135UA、其增益为2V/V 或6dB。

总增益：

P1设置为高端 G =(+1V/V)(+1V/V)(+0.25V/V)(2V/V)= 0.5V/V (-6dB)

P1设置为低端 G =(+1V/V)(+1V/V)(0.00025V/V)(2V/V)= 0.0005V/V (-66dB)

此致、Thomas
精密放大器应用工程

尊敬的 Thomas：

 对截止频率进行了良好的分析、但微控制器的输出波频率将约为1、4kHz。 C6块直流组件和 R7用于 OPA134的输入偏置电流。 平衡的音频将应用于放大器设备的麦克风级输入。 P1用于将增益设置为 麦克风级别。

您好、Samuel、

首先、我认为您不再需要 OPA134。 该方案的性能几乎相同：

然后、我将调整低通滤波器和高通滤波器的转角频率。 如果只传输1.4kHz、则可以增加高通滤波器的转角频率并降低低通滤波器的转角频率。 您的滤波器电路可能如下所示：

这将在开启方波时略微降低噼啪噪声、并进一步降低谐波并使方波声音不那么苛刻。

Kai

尊敬的 Kai：

我使用 OPA134进行阻抗耦合、例如在输出信号微控制器和音量控制之间具有高阻抗的 HiFi 音频电路。 在您的电路中、VF2连接到 DRV135？

您好、Samuel、

是的、VF2连接到 DRV135的输入端、就像在您的电路中一样。 VF1连接到 ISO7710的输出端。 我认为 ISO7710也是低欧姆、可以正确驱动音量控制。

Kai

您好、Samuel、

如果 RC 低通滤波器具有16kHz 截止频率、其1.4kHz 下的峰峰值输出将在很大程度上取决于输入波形特性；振幅、对称和占空比等 不过、请记住、一阶 RC、16kHz 低通滤波器对1.4kHz 方波的影响很小、因为即使是第11个谐波也低于截止频率。 类似包含前9个奇次谐波的波形会产生相当不错的方波。 您可以向下移动滤波器截止频率以提供更多谐波衰减、但简单的一阶低通可能无法提供所需的性能。

如果您真的想清理微控制器1.4kHz 音调并具有更类似于正弦波的输出信号、则只需将 OPA134UA 缓冲级重新配置为有源二阶低通滤波器即可。 如果需要更高的谐波衰减、甚至可以将单个运算放大器压入三阶低通服务中。

如果您决定使用有源滤波器解决方案、可以使用 TI 的 FilterPro 或 Webench 滤波器设计器程序来合成滤波器。 如果您需要帮助、我们可以帮助您进行滤波器合成。

此致、Thomas
精密放大器应用工程

尊敬的 Kai：

我使用 ISO7710F、其默认输出为低电平。 当 C3和 C4完全放电并且输出微控制器从低电平变为高电平时、瞬态级中的电压会发生变化、反之亦然。电路在这些级中是否会出现问题？

您好、Samuel、

不存在危险、因为 ISO7710的输出电流以及流入电容器 C3和 C4的电流都受到 R10=20k 的限制。

Kai

尊敬的 Kai：
在您的电路中、低通滤波器(R10、C3)的截止频率为1.17kHz、但我无法计算高通滤波器的截止频率。 请说明。

您好、Samuel、

让我们运行 TINA-TI 仿真：

右侧的10k 来自 DRV135的输入阻抗。

Kai

尊敬的 Kai：
Simulation 正在修复值 P1，可以为 P1的高值和低值运行仿真？“通带”频率范围的峰值是多少？ 在图片中、我可以看到380Hz 是中心频率、对吧？

Kai

尊敬的 Kai：

如果 R2的值降至10欧姆、会对截止频率产生什么影响？

您好、Samuel、

这不会产生明显的效果。

Kai

尊敬的 Thomas：
我考虑 Kai 的简单解决方案、因为我不需要对方波产生高效应。 我不知道如果我对微控制器输出频率进行重新编程，那么高通和低通的滑动滤波器截止频率如何以1.4kHz 为中心。

您好、Samuel、

根据 Kai 提供的仿真、对于每个不同的增益设置、1.4kHz 似乎处于高频滚降的开头。 他的仿真显示、P1越高、设置为高端、截止频率上限-3dB 越低。 谐波将根据其在滚降曲线上的位置进行衰减。 低频截止在 P1范围内仅移动几赫兹。

还有其他您需要的东西吗？

此致、Thomas
精密放大器应用工程

尊敬的 Thomas：
没错、1.4kHz 接近高频滚降、因此我希望在高通时将截止频率更改为2kHz、在低通时将截止频率更改为500Hz、在中心位置将截止频率更改为1.4kHz。 我不知道如何计算或放置每个电容器和电阻器的值、您能告诉我如何计算它吗？

您好、Samuel、

我已经为您模拟了我的方案、并突出显示了-3dB 转角频率。 根据20k POT 设置、低通转角频率从2.5kHz 移位至4.8kHz。 这是为了实现这一目的、因为转角频率越高、低通滤波将变得无用、而方波的较高谐波将使您的耳朵失去功能。

你到底想要什么？ 中心频率为1.4kHz 的带通？ 还是要将低通转角频率向下移动到较低的频率？

Kai

您好、Samuel、

无源电路虽然看起来非常简单、但具有非常涉及的传递函数(请参阅下文)。 推导任何部分汽车压实值都非常涉及并且耗时。 更改电位计抽头位置对高端-3dB 截止频率的发生有很大影响、而对-3dB 低频切点的影响则小得多。

根据目前的设计、-3dB 频率之间的距离很远；低端上大约为15Hz、而电位计处于中间位置时、高端上大约为2.1kHz。 但是、当尝试将低端截止频率提高到500Hz、同时保持接近2kHz 的高端截止频率时、此无源滤波器电路会变得复杂。 基本上、 低频截止的高通极点和高频截止  的低通极点彼此非常接近。 本质上、它们的响应相互切分、   并且在通带内出现区域衰减。

如果您确实需要具有精确500Hz 和2kHz 截止频率的体面带通响应、以及在调整增益电位器时保持这些响应的能力、我建议改用有源运算放大器滤波器。

此致、Thomas

精密放大器应用工程