数字电位器与机械式电位器相比的优势及范围应

作者:钱汇娱乐 发布时间:2020-11-13 18:08

  数字电位器的写次数很容易达到50000次,而机械式电位器的调节次数一般只有几千次,甚至几百次。目前市场上提供的数字电位器的分辨率在32级(5位)到256级(8位)甚至更高。对于像LCD可以选用低分辨率、低成本的数字电位器。而高分辨率的数字电位器则被广泛用于动态范围高达90dB的和Hi-Fi设备中。数字电位器具有易失和非易失两种类型,非易失数字电位器与机械式电位器很相似,它们无论上电与否都可以保持值设置,特别是MAX5427/MAX5428/MAX5429数字电位器,更具有独特的编程特性,每个器件带有一个一次性编程(OTP),能够在上电复位(POR)时将抽头位置设置在用户定义的数值,且抽头位置保持可调,但在上电时总是返回到所设置的位置。另外,利用OTP功能也可以关闭操作,使抽头位置始终保持在所希望的地方。这样,器件就像一个阻值固定的分压器,而不是电位器。

  大多数数字电位器可以通过传统的I2C或SPI接口进行编程,有些器件则采用上/下脉冲计数调节方式。采用数字电位器有很多优势,首先,这些电位器对灰尘、污垢和潮湿的环境不敏感,而这些因素对于机械式电位器来说则是致命的。数字电位器几乎能够在任何电子系统中替代老式的机械电位器,而不仅仅是在音频产品,图1列出了数字电位器的几种典型应用。

  与机械式电位器相比,数字电位器的另一优势是可以直接安装在电路板的信号通道上,而不需要复杂、昂贵的机械与电控的整合方案。数字电位器可提高电子噪声抑制能力,不存在机械电位器连线拾取的干扰信号。传统的数字电位器只是简单地直接取代机械式电位器,它们具有相同的使用方法,因而无需做过多的说明。然而,对于特殊用途的器件,(如低成本立体声音量控制),使用时可能会出现一些特殊问题。

  数字电位器可以提供对数和线性变化函数,对数变化的数字电位器常用于Hi-Fi音频设备中的音量调节,可为具有非线性响应特性的人耳建立一个线性变化的音量控制。目前,高度集成的数字电位器可以在单芯片内提供六个独立的电位器,并支持多声道音频设备,如立体声、环绕杜比系统等。对于音频设备,需要注意每一级抽头位置的瞬变过程,如果抽头位置没有精确地切换到0V,音频信号会带有噼啪声和砰然声。幸运的是,新一代数字电位器包含的过零检测功能(如DS1802)可确保在检测到过零(0V)或50ms延迟时改变抽头位置,从而可降低抽头位置瞬变时的音频噪声。

  新一代的DS1802音频电位器包含了两个数控电位器,对数抽头,每级变化1dB。最大衰减量为63dB。此外,它还带有静音功能,可将信号衰减90dB。DS1802有四个按键输入,可用于音量/平衡控制。合理利用其过零检测器,能够实现音量的无缝调节,以得到纯净的音频信号。图2提供了一个前置放大器方案,可通过按键控制两个立体声声道。用DS1802构成音量控制电路时,需要将交流信号偏置在直流电源范围内,否则,DS1802会将低于GND、高于VCC的音频信号钳位掉,DS1802可以采用3V或5V电源。由于音频信号通常是对称的,所以,最好将直流偏置设置在VCC/2,以获得最大的音频信号摆幅。图2(a)是一个惠斯通桥电路,可用来将输入信号偏置在VCC/2。该电路允许交流信号通过位于中间位置的电阻(电位器),来对电阻两端进行相同的直流偏置。这一点对于数字电位器非常关键,因为过零检测器是在电位器两端电压为零时切换电位器的位置,因而,可以消除由于数字电位器的非连续切换所造成的噼啪声和砰然声。图2(b)是在图(a)基础上构建的电路,该电路的输入阻抗为13.7kΩ,桥电路和输入电容造成的信号衰减为1.2dB(20Hz)。此外,还需要在靠近DS1802和MAX4167的VCC引脚加旁路电容。

  在工业控制和偏置调节电路中,有时需要将电压信号转换成电阻,这一过程在具体实施时有一定的难度。图3利用两路数字电位器提供了一个简单的转换方案。图中,数字电位器U1和运算放大器U3构成数字采样保持电路,U1通过调节其内部分压比保证VWIPER对?VIN的跟踪,这样,滑动端电阻将与VIN成正比。由于U1、U2的数字输入是连接在一起的,U2的滑动端位置与U1相同,对应端的电阻也相同。这样便可得到与VIN成正比的电阻,从而实现电压至电阻的转换。

  由于U1、U2是完全相同的数字电位器,其数字输入连接在一起,因此,它们的滑动端位置也相同。LOCK置为低电平,输出电阻将随着VIN而改变;而LOCK置为高电平则将保持阻值不变。也可以将LOCK始终接地,在这种情况下,即使VIN保持恒定,输出电阻也会在两个相邻状态之间连续翻转。假如电位器端电阻为10kΩ,抽头数为32,那么,当滑动输出端电阻设置在5kΩ时,输出电阻将随时钟在5kΩ和5.3125kΩ之间跳变。需要时,可以在滑动输出端接一个电容来滤除跳变效应。该电路所允许的时钟频率范围为100Hz~10kHz。而输出电阻并非实时跟随VIN的变化,但经过若干个时钟周期后可以达到其终值。时钟数取决于滑动端的初始位置和输入电压,最大值为32(电位器抽头数)。如果需要更高的分辨率,可以用6位或8位数字电位器替代本电路中的5位芯片。注意,MAX5160上电时将滑动端设置在中心位置,因而,可使两路数字电位器同步工作,并保持相同的电阻。选择数字电位器时,通常需要知道电位器的上电初始状态。

  数字电位器与机械式电位器相比,除可靠性外,还占用空间较小。另外,由于减小了寄生参数,因而具有较强的抗干扰能力。数字电位器几乎可以在所有应用中替代机械式电位器,以减轻设计人员和最终用户的负担。但使用数字电位器时需要注意其温度系数(TC)指标,而且对于大多数数字电位器,必需给出两个不同的TC指标:一个是端至端TC,表示电阻随温度的绝对变化量,另一个TC参数指的是比例TC。数字电位器通常用作分压器,这些应用对绝对阻值的要求并不严格,特别是比例应用。一个比例TC为5ppm的数字电位器便可以在整个温度范围内提供非常稳定的增益配置。而用于可编程增益放大器(PGA)和仪表放大器(IA)的数字电位器一般需要较高的精度,这些应用一般要求比例系数的容差(精度)在-40℃~+85℃范围内优于0.025%。

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