LM331
摘要：LM331 是一款由 TI 等公司推出的 电压-频率转换器（V/F Converter） 或 频率-电压转换器（F/V Converter），能够将模拟电压信号准确转换为频率输出，或反向工作，将频率信号转换为模拟电压。它广泛应用于数据采集、数字通信、频率测量、电压表、A/D 或 D/A 接口系统中。
概述
LMx31 系列电压频率转换器非常适合用于简单的低成本电路，用于模数转换、精密频率电压转换、长期积分、线性频率调制或解调以及许多其他功能。用作电压频率转换器时，其输出是频率与施加的输入电压精确成比例的脉冲序列。因此，它具备电压频率转换技术的所有固有优势，并且易于应用于所有标准的电压频率转换器应用。
此外，LMx31A 实现了全新的高精度温度测量，这只有昂贵的电压/频率模块才能实现。此外，LMx31 非常适合用于低电源电压的数字系统，并可在微处理器控制系统中提供低成本的模数转换。此外，电池供电的电压/频率转换器的频率可以轻松通过简单的光隔离器进行传输，从而隔离高共模电平。
LMx31 采用全新温度补偿带隙基准电路，可在低至 4 V 的电源电压下，在整个工作温度范围内提供出色的精度。精密定时器电路具有低偏置电流，且不会降低 100 kHz 电压/频率转换所需的快速响应性能。其输出能够驱动 3 个 TTL 负载，或高达 40 V 的高压输出，同时具有 V CC短路保护功能。
参数
电源电压范围：4V ~ 40V（单电源）
输出频率范围：高达 100 kHz
电压输入范围（V/F模式）：0 ~ 10V（取决于外部设置）
线性度误差：±0.01%（典型，满量程）
温度稳定性：±50 ppm/°C（典型）
静态电流消耗：1.8 mA（典型 @ Vcc = 15V）
输出类型：TTL 电平脉冲
工作温度范围：–40°C ~ +85°C（LM331N）
特性
确保线性度最高 0.01%
现有电压频率
转换应用的性能提升
分离或单电源供电
采用 5V 单电源供电
兼容所有逻辑形式的脉冲输出
出色的温度稳定性：
最大±50 ppm/°C
低功耗：5 V 时典型值 15 mW
宽动态范围，10kHz
满量程频率下最低为 100dB
宽范围满量程频率：
1 Hz 至 100 kHz
低成本
应用
电压到频率的转换
频率到电压的转换
远程传感器监测
转速表
封装
| 型号 | 封装 | 尺寸 |
| LM231 | PDIP (8) | 9.81 mm × 6.35 mm |
| LM331 |
引脚图及功能说明
6.1、引脚配置图
6.2、引脚功能说明
| 引脚 | 功能 | 描述 |
| 1 | 电流输出 | 内部接镜像恒流源，大小与RS有关 |
| 2 | 参考电流 | 接可变电阻RS，校正RL、Rt和Ct引起的误差 |
| 3 | 频率输出 | OC门，需要上拉电阻 |
| 4 | 参考地 | 地面 |
| 5 | RC滤波输入 | 通过电阻Rt接VCC，通过电容Ct接地 |
| 6 | 阈值输入 | 内部接比较器反相端 |
| 7 | 比较器输入 | 电压输入端 |
| 8 | 供电电源 | 正常工作范围4~40V |
典型应用电路
功能方框图
工作原理
LM331 的核心工作是基于积分器 + 比较器 + 单稳态振荡器：
模式 1：电压转频率（V/F）
模拟输入电压 VIN 转换为输入电流 IIN（由外部电阻控制）；
积分器将 IIN 转换为斜率变化；
当积分电压达到设定阈值时，比较器翻转，触发单稳；
输出一个固定宽度的脉冲，同时积分器重置；
脉冲频率正比于输入电压（Vout ∝ VIN）。
模式 2：频率转电压（F/V）
频率信号输入控制内部单稳态开关周期；
单稳输出为 PWM 信号，积分电路将其平均成直流电压；
输出电压正比于输入频率（Vout ∝ Fin）。
布局
10.1 布局指南
旁路电容必须尽可能靠近电源引脚放置。由于LM331 是通孔器件，因此可以将旁路电容放置在底层。
如果使用接地输入电容器来净化输入信号，则该电容器应放置在靠近电源引脚的位置。
建议使用接地层来提供整个电路的低阻抗接地。
10.2 布局示例
替代型号
| 型号 | 描述与差异 |
| LM231 | LM331 兼容型号，参数一致，工业级版本 |
| TC9400 | Microchip 电压-频率转换器，高精度版本 |
| AD654 | Analog Devices 出品，频率输出更线性 |
| LM2907/2917 | 频率-电压转换器（仅 F/V，不支持 V/F） |
| LM331CN | 与 LM331N 相同，仅型号后缀不同 |