Устройство имеет высокий входной импеданс, работает от одного источника питания и подключается к микроконтроллеру напрямую. Погрешность линейности не превышает 0,1% на частотах выше 700 кГц, динамический диапазон равен 60 дБ. Принципиальная схема устройства показана на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя

Выходная частота пропорциональна входному напряжению:

f = (1/V_CC ×t_OS) × V_IN,

где V_CC – напряжение питания 5 В, и t_OS – длительность генерируемого импульса, которая определяется формулой t_OS = 0,7 × R_OS × С_OS. Напряжение питание необходимо стабилизировать и с помощью фильтра убрать высокочастотные всплески и помехи, т.к. изменение напряжения питания приводит к изменению наклона калибровочной кривой. Компоненты интегратора C_INT и R_INT, не входят в уравнение, поэтому они не обязательно должны обладать высокой точностью и стабильностью. Конденсаторы C_INT и C_OS должны иметь низкие диэлектрические потери.

Схема включения состоит из ключа S1 и синхронизующей цепи R₁, C₁ и R₂. При включении устройства ключ замкнут примерно 1 с, конденсатор C_INT полностью разряжен. Затем ключ размыкается, C_INT начинает заряжаться постоянным током, величина которого зависит от входного напряжения. На выходе наблюдается линейно нарастающее напряжение. Когда выходной сигнал достигает 2,5 В, срабатывает триггер на входе 1В генератора IC₂, и он вырабатывает импульс. Ток, протекающий через C_INT, меняет направление, и C_INT частично разряжается (см. рис. 2).

Рис. 2. Осциллограмма, поясняющая принцип работы

Когда импульс заканчивается, цикл повторяется. За счет использования триггера Шмита в схеме не требуется отдельная микросхема компаратора. В большинстве случаев схему не нужно дополнительно настраивать. Размах частот регулируется с помощью потенциометра, частично за счет резистора R_OS на рисунке 1.

Диапазон выходных частот может быть разным (см. табл. 1) в зависимости от величины C_INT и R_OS. В таблице 1 приведены значения линейности в процентах от полной шкалы для 11 значений входного напряжения в диапазоне от 2 мВ до 2 В, отстоящих друг от друга на равные промежутки.

Табл. 1. Характеристики при различных диапазонах частот