一个VCO全搞定？7倍频程线性音高方案​​

音高函数(pitch function)的线性化使得输出频率与电压的反对数成比例，这很有趣，因为它为人耳这种本质上是对数特性的器官提供了比线性频率更优的感知接口。

衡量LPVCO性能的一个指标是其倍频程范围。倍频程范围是指其输出频率范围的最高频率与最低频率之比，以该比率的二进制(以2为底)对数形式表示。两个倍频程(22=4:1)比较理想，三个倍频程(23=8:1)则更好。图1中的LPVCO为七个倍频程(27=128:1)。

图1：一个七倍频程的LPVCO由Q1和Q2的反对数对组成，它将0V至5V的Vin转换为1µA至128µA的Ic2，使C1的斜率变化与U1的振荡频率成27=128:1的比例变化。然后，计数器U2将U1的振荡频率缩放4倍，并转换为三电平、非常近似“正弦”的输出波形。

它的工作原理如下。

控制电压Vin通过分压器(R1/R2+1)=34:1缩放后施加到Q1Q2指数增益电流镜上。在那里，它由Q1进行电平转换和温度补偿，然后由Q2进行反向对数运算，产生

Ic2=2(1.4Vin)µA。由此产生的C1定时斜坡持续时间从5ms(Vin=0时)到40µs(Vin=5V时)。当斜坡超过模拟定时器U1的1.67V触发电平时，斜坡结束，并通过R5和D1复位至U1的阈值电平3.33V，然后开始另一个振荡周期。因此，由此产生的锯齿波将以F=Ic2/(1.67C2)=2(1.4Vin)µA/5nCb=200(2(1.4Vin))Hz的频率重复。

之前的一些巧妙设计实例表明，如果我们想要听到可听的音频输出，类似U1输出尖峰这样的短脉冲就需要转换为谐波含量较低的波形。因此，U2的开关尾部计数器将U1的振荡频率除以4。这产生了一个几乎不像正弦波，但至少看起来还行的三电平50Hz至6400Hz的最终输出。

(原文刊登于EDN美国版，参考链接：Seven-octave linear-in-pitch VCO，由Ricardo Xie编译)