原标题：新型VFC使用触发器作为高速、精密模拟开关

　　电压频率转换器 (VFC) 是一种流行的抗噪声模数转换方法。同步 VFC(如 Analog Devices 的 AD652)，其中外部(通常源自晶体)时钟为转换过程提供时序，与自由运行类型相比，具有显着的性能优势(速度、线性度、与无源元件无关的精度)转换时序最终必须依赖于 RC 时间常数。

　　但所有 VFC(同步和异步)的一个特征限制是，它们制造的模数转换器 (ADC) 相对较慢，因为满量程输出频率以及因此任何给定转换分辨率的转换速度都受到转换过程中使用的模拟开关，其中速度和精度本质上是成反比的。这种设计理念(图 1)通过将高速 H-CMOS 逻辑器件用作极快的模拟开关，将最大精确工作频率推至 1 MHz 以上。

　　以下是它的工作原理：

　　HC74 中的 D 型触发器 #1 (FF#1) 与 6482 中的运算放大器 #2 形成反馈回路，用作高分辨率比较器，并具有 HC74 的高速(~ns 转换时间)当 FF 被计时时，开关根据运算放大器输出的 0/1 状态向 Q1 施加 0/5V。因此，FF 的占空比 (DC1) 由 R1C3 进行时间平均，并由反馈回路伺服以强制 V R1C3 = 5V * DC1 = Vin 和 DC1 = Vin / 5V。但是对于转换参考电压而言，逻辑电源通常是一个糟糕的选择，所以如果这就是故事的全部内容，那么对 VFC 精度的期望也会很差。我们需要一个技巧来补偿 +5V 电源中不可避免的误差和噪声。

　　所需的补偿由实现另一个反馈回路的 FF#2 提供。

　　FF#2 连接形成由 Fclk 触发的单稳态(单次)，将 5V 脉冲施加到 R4C4 平均网络，脉冲持续时间 (T p ) 由 R2、R3、C1 网络和运算放大器 #1 确定。电压由 V R4C4 = Fclk * 5V * T p平均。运算放大器 #1 将此平均值与 Vref 进行比较，并强制 T p使 T p = Vref / Fclk / 5V。由于两个 FF 占用同一芯片，因此影响精度的参数(如传播延迟、转换时间和电压偏移)将非常相似，并且可以很好地跟踪温度和电源电压的变化，从而使补偿非常有效。

　　这些 T 持续时间脉冲成为 FF#1 的时钟参考，因此……

　　DC1 = Fout * T p / Fclk = Fout * Vref / Fclk / 5V = Vin / 5V

　　......产生(最终)希望的经典同步 VFC 转换方程......

　　Fout / Fclk = Vin / Vref

　　生成的 VFC 除了高速(对于 VFC)外，还具有一些有用的特性。这包括良好的线性度、1 至 4 V 范围内的 Vref 容差、500 kHz 至 3 MHz 的 Fclk、单“5V+”、3 至 6 V 电源、低功耗(~10 mW )、非常高的输入阻抗(例如，Vin 和 Vref 上的输入电流小于 1pA)，并且没有关键或高精度的无源元件。

　　最后，构建它所需的所有部件都是通用的、现成的且便宜的!总零件成本约为 10 美元，相比之下，速度相近的 AD652 本身成本约为 40 美元。

　　Stephen Woodward与EDN 的DI 专栏的关系可以追溯到很久以前。自 1974 年他的第一篇论文发表以来，总共收到了 64 篇论文。