數(shù)字電位器的原理是什么？數(shù)字電位器模擬對數(shù)錐度以準(zhǔn)確設(shè)置增益

以下內(nèi)容中，小編將對數(shù)字電位器的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對數(shù)字電位器的了解，和小編一起來看看吧。

一、數(shù)字電位器的原理

數(shù)字電位器一般帶有總線接口，可通過單片機(jī)或邏輯電路進(jìn)行編程。它適合構(gòu)成各種可編程模擬器件，如可編程增益放大器、可編程濾波器、可編程線性穩(wěn)壓電源及音調(diào)/音量控制電路，真正實(shí)現(xiàn)了“把模擬器件放到總線上”（即單片機(jī)通過總線控制系統(tǒng)的模擬功能塊）這一全新設(shè)計(jì)理念。

由于數(shù)字電位器可代替機(jī)械式電位器，所以二者在原理上有相似之處。數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件其等效電路。當(dāng)數(shù)字電位器用作分壓器時(shí)，其高端、低端、滑動端分別用VH、VL、VW表示；而用作可調(diào)電阻器時(shí)，分別用RH、RL和RW表示。

數(shù)字電位器的數(shù)字控制部分包括加減計(jì)數(shù)器、譯碼電路、保存與恢復(fù)控制電路和不揮發(fā)存儲器等4個(gè)數(shù)字電路模塊。利用串入、并出的加/減計(jì)數(shù)器在輸入脈沖和控制信號的控制下可實(shí)現(xiàn)加/減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器把累計(jì)的數(shù)據(jù)直接提供給譯碼電路控制開關(guān)陣列，同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部存儲器保存。當(dāng)外部計(jì)數(shù)脈沖信號停止或片選信號無效后，譯碼電路的輸出端只有一個(gè)有效，于是只選擇一個(gè)MOS管導(dǎo)通。

數(shù)字控制部分的存儲器是一種掉電不揮發(fā)存儲器，當(dāng)電路掉電后再次上電時(shí)，數(shù)字電位器中仍保存著原有的控制數(shù)據(jù)，其中間抽頭到兩端點(diǎn)之間的電阻值仍是上一次的調(diào)整結(jié)果。因此，數(shù)字電位器與機(jī)械式電位器的使用效果基本相同。但是由于開關(guān)的工作采用“先連接后斷開”的方式，所以在輸入計(jì)數(shù)有效期間，數(shù)字電位器的電阻值與期望值可能會有一定的差別，只有在調(diào)整結(jié)束后才能達(dá)到期望值。

二、數(shù)字電位器模擬對數(shù)錐度以準(zhǔn)確設(shè)置增益

如果可以使用具有對數(shù)錐度（電阻的對數(shù)與設(shè)置成正比）的、穩(wěn)定、高分辨率數(shù)字電位器，則很容易安排一個(gè)增益控制電路，在整個(gè)調(diào)整范圍內(nèi)提供以 dB/增量為單位的恒定分辨率。 不幸的是，不存在具有良好分辨率（例如，每步《 6dB）的對數(shù)數(shù)字電位器（log dpot）。但一切都沒有丟失。圖 1所示的設(shè)計(jì)理念 使用普通的線性錐形電位器（例如 ADI 的廉價(jià)雙極 AD5200）實(shí)現(xiàn)近似對數(shù)增益控制。

圖 1 線性數(shù)字電位器模擬對數(shù)錐度

如果 Dx（上圖）表示游標(biāo)設(shè)置 （0 – 255），那么如果我們逐個(gè)求解放大器增益 Vout/Vin 與 Dx 的設(shè)計(jì)方程式就很容易。首先，求解作為 Vin 函數(shù)的抽頭電壓 （Vw）：

Vw = ？Vin R AB Dx / （255 R1）

接下來，求解作為 Vw 函數(shù)的 Vout：

Vout = ？Vw 255 R2 / （R AB （255 – Dx））

然后結(jié)合等式 1 和 2：

增益 = Vout / Vin = ？Vw 255 R2 / （R AB （255 – Dx）） / （？Vin R AB Dx / （255 R1））

增益 = （R2 / R1）（Dx / （255 – Dx））

Dx = 255 增益 （R1 / R2） / （1 + 增益 （R1 / R2））

而且當(dāng)然：

dB（增益）= 20 Log 10 （（R2 / R1）（Dx / （255 – Dx）））

和

增益 = 10分貝/20

我們得到：

Dx = 255 10 dB/20 （R1 / R2） / （1 + 10 dB/20 （R1 / R2））

圖 2 dB 增益（左側(cè)的 y 軸）和增益集分辨率（右側(cè)的 y 軸）與 Dx（x 軸）

所得增益方程的有趣特征包括：

Dx/（255 – Dx） 的承諾（近似）對數(shù)行為。如圖2所示，R2/R1=100，Dx=8，增益=~10dB；Dx = 23 產(chǎn)生 20dB；128給出40dB；232給出60dB；247 給出 70dB。在整個(gè) 60dB =1，000:1 范圍內(nèi)，增益設(shè)置分辨率保持不低于 1dB，這一點(diǎn)尤為重要。此外，Dx = 0 設(shè)置增益為零，而 Dx = 255 選擇開環(huán)。

將電位計(jì)滑動器用作輸入端子的策略有效地移動了放大器 A1 反饋環(huán)路內(nèi)的滑動器觸點(diǎn)（圖 1），從而將其作為誤差項(xiàng)移除并提高了增益設(shè)置的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性。

同時(shí)，將 RAB 電阻元件用于 A1 反饋和 A2 輸入（圖 1）將靈敏度與 RAB 容差和溫度系數(shù) （tempco）（在 AD5200 中為 +/-30% 和 500ppm/oC）進(jìn)行比率計(jì)算，留下 R1 和 R2作為增益集精度的主導(dǎo)因素。

如果需要優(yōu)于 8 位 （1/256） 的分辨率，可以將 10 位 AD5292 等部件放入拓?fù)渲幸垣@得 4 倍更高的增益設(shè)置精度。只要記住在增益方程式中出現(xiàn) 255 的地方用 1023 代替即可！或者，更一般地，如果 N = 位數(shù)：

Dx = （2N – 1） Gain （R1 / R2） / （1 + Gain （R1 / R2））

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