- 前言—论题简介
电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比[12]。电压频率转换也可以称为伏频转换。把电压信号转换为脉冲信号后，可以明显地增强信号的抗干扰能力，也利于远距离的传输。通过和单片机的计数器接口，可以实现AD转换。
电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。电压—频率转换实际上是一种模拟量和数字量之间的转换技术。当模拟信号（电压或电流）转换为数字信号时，转换器的输出是一串频率正比于模拟信号幅值的矩形波，显然数据是串行的。这与目前通用的模数转换器并行输出不同，然而其分辨率却可以很高。串行输出的模数转换在数字控制系统中很有用，它可以把模拟量误差信号变成与之成正比的脉冲信号，以驱动步进式伺服机构用来精密控制。 VFC 电压-频率转换器（vfc）是青岛晶体管研究所生产的电路。[1]
VFC 有两种常用类型：（a）多谐振荡器式VFC ；（b）电荷平衡式VFC。多谐振荡器式VFC简单、便宜、功耗低而且具有单位MS输出(与某些传输介质连接非常方便)；电荷平衡式VFC的精度高于多谐振荡是VFC，而且能对负输入信号积分。[2]
另外，电压-频率转换(频率-电压转换)方法广泛地应用于锁相技术，模数转换，自动调零技术，多路数据传输等方面。
比如，在做模数转换时，AD652加上外部时钟和计数器可以作为模数转换器，其分辨率取决于时钟频率和闸门时间。模数转换器构成如右图1所示，外部时钟经2N分频获得闸门时间，计数输出二进制数据送入微机寄存。为了在不太长的时间内得到高分辨率的转换数据，时钟频率必须提高，例如为得到16分辨率，时钟频率用4MHz，闸门时间是32.77ms，线性误差达0.02%。
在做自动调零时，电压—频率转换器AD650的动态范围很宽，有6个数量级，例如若其输入满度电压为10V，则其最小的可精确转换的电压应为10V。在这种工作条件下，转换器的输入失调电压就显得极为重要。如果该失调电压固定不变，其转换结果会偏移几个赫兹，如果失调电压变化，则就相当于有一小的输入而引起输出频率变化，这样动态范围就会缩小。AD582是一片采样保持放大器。通过模拟开关AD7512DI，使AD650输入端轮流接通输入信号v1或地，而A1(积分器)的输出则经过AD582来调节(AD650第13脚)。AD582的保持电容为0.1mu;F，这样AD650的失调可以长时间保持不变。上述自动调零电路实际上是一种放大器伺服环路，在测放大器是电压—频率转换器中的运算放大器A1，它受作为控制放大器的AD582控制，其输出为零。电阻(200kOmega;)和电容(1nF)并联，作为伺服环的单零点补偿，使环路工作稳定。vc是电路的控制输入，在该信号存在期间，电路校零。[3]
- 研究背景及意义
电压频率(V/F)转换器是一种将模拟输入信号转换为与其电压幅值对应的频率信号的器件，它是模数转换器的另一种形式，是一种输出频率与输入电压成正比的电路;而频率电压(F/V)转换器是将频率信号转换为电压信号的器件。随着V/F和F/V转换及接口技术的快速发展，利用V/F和F/V转换方式实现廉价隔离传输已成为可能。[4]
电压-频率(U/f)及频率-电压(f/U)转换器可广泛应用于测控系统及调制解调器中。此类转换器的早期产品功能单一，例如VFC32、LM331均属于U/f转换器(VFC)，只能完成压-频转换，且工作频率范围较窄(仅为0～100kHz)，线性度也不够高(仅LM331可以达到plusmn;0.03%)。近年来问世的单片U/f、f/U转换器，既可工作于U/f模式，又可工作于f/U模式，使用更加方便。其典型产品有美国Telcom公司的TC9401型、美国ADI公司的AD650型。它们均属于单片集成化、高精度、低功耗的U/f、f/U转换器。尽管都采用电荷平衡式U/f转换原理，但AD650的性能远优于TC9401。[5]
AD650是美国ANALOGDEVICES公司推出的高精度电压频率(V/F)转换器，它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。该电路在plusmn;15V电源电压下，功耗电流小于15mA，满刻度为1MHz时其非线性度小于0.07%。AD650既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。可广泛用于通讯、仪器仪表、雷达、远距离传输等领域。
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