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(多图) 数字电位器的研究及应用

电子设计工程 孙耀杰 杜森 王国君 董津生?? 2010年09月06日 ?? 收藏0

  数字电位器(Digital Potentiometer)亦称数控可编程电阻器,是一种代替传统机械电位器(模拟电位器)的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成电路。数字电位器采用数控方式调节电阻值的,具有使用灵活、调节精度高、无触点、低噪声、不易污损、抗振动、抗干扰、体积小、寿命长等显著优点,可在许多领域取代机械电位器。

  数字电位器一般带有总线接口,可通过单片机或逻辑电路进行编程。它适合构成各种可编程模拟器件,如可编程增益放大器、可编程滤波器、可编程线性稳压电源及音调/音量控制电路,真正实现了“把模拟器件放到总线上”(即单片机通过总线控制系统的模拟功能块)这一全新设计理念。

  目前,数字电位器正在国内外迅速推广,并大量应用于检测仪器、PC、手机、家用电器、现代办公设备、工业控制、医疗设备等领域。

  1 基本工作原理

  由于数字电位器可代替机械式电位器,所以二者在原理上有相似之处。数字电位器属于集成化的三端可变电阻器件其等效电路,如图l所示。当数字电位器用作分压器时,其高端、低端、滑动端分别用VH、VL、VW表示;而用作可调电阻器时,分别用RH、RL和RW表示。

数字电位器等效电路

  图2所示为数字电位器的内部简化电路,将n个阻值相同的电阻串联,每只电阻的两端经过一个由MOS管构成的模拟开关相连,作为数字电位器的抽头。这种模拟开关等效于单刀单掷开关,且在数字信号的控制下每次只能有一个模拟开关闭合,从而将串联电阻的每一个节点连接到滑动端。

数字电位器的内部简化电路

  数字电位器的数字控制部分包括加减计数器、译码电路、保存与恢复控制电路和不挥发存储器等4个数字电路模块。利用串入、并出的加/减计数器在输入脉冲和控制信号的控制下可实现加/减计数,计数器把累计的数据直接提供给译码电路控制开关阵列,同时也将数据传送给内部存储器保存。当外部计数脉冲信号停止或片选信号无效后,译码电路的输出端只有一个有效,于是只选择一个MOS管导通。

  数字控制部分的存储器是一种掉电不挥发存储器,当电路掉电后再次上电时,数字电位器中仍保存着原有的控制数据,其中间抽头到两端点之间的电阻值仍是上一次的调整结果。因此,数字电位器与机械式电位器的使用效果基本相同。但是由于开关的工作采用“先连接后断开”的方式,所以在输入计数有效期间,数字电位器的电阻值与期望值可能会有一定的差别,只有在调整结束后才能达到期望值。

  从图2可以看出,数字电位器与机械式电位器有2个重要区别:1)调整过程中,数字电位器的电阻值不是连续变化的,而是在调整结束后才具有所希望的输出。这是因为数字电位器采用MOS管作为开关电路,并且采用“先开后关”的控制方法:2)数字电位器无法实现电阻的连续调整,而只能按数字电位器中电阻网络上的最小电阻值进行调整。

  2 数字电位器的典型应用

  数字电位器的应用广泛,而且按照不同的分类标准也有很多种类,但是基本原理是相似的,这里以三线加/减式接口的数字电位器X9313为例,介绍数字电位器的应用。

  2.1 内部结构及工作原理

  X9313为工业级的32抽头数控电位器,最大阻值为10 kΩ,采用8引脚,有DIP、OIC、FSSOP 3种封装。X9313的内部功能框图,如图3所示。它由输入部分、5位E2PROM、存储和调用电路、32选l译码器、由MOS场效应管构成的32路模拟开关、电阻阵列6部分组成。其中输入部分是5位加/减计数器经过三线加/减式接口(公式)与单片机相连,其工作像一个升/降计数器,输出经译码,控制接通某个电子开关,这样就把电阻阵列上的一个点连接到滑动输出端。电阻阵列由32个等值的电阻和与之相配套的电子开关组成。根据控制端的电平,计数器的内容还可以储存到非易失存储器中以便后续使用。

X9313的内部功能框图

  2个顶脚引线分别接VH和VL,中间抽头为VW。公式为3个控制端,其中,公式为片选端,公式为低电平时,X9313被选中。此时才能接收的信号。公式在下降沿使计数器增或减1。如果,公式滑动端向VH方向滑动,VW与VH之间的电阻减小一个阶值。反之,如果,公式滑动端向VL方向滑动。计数器输出译码后,经过32选1,使滑动端的位置沿电阻阵列移动。当计数器达到某个极端(00000或11111)时,不会循环回复,从00000自动变成1111l,或从11111变成00000,也就是说当公式为高电平而公式也为高电平时,计数器的值存储到非易失存储器中,系统上电时,器件自动将非易失性存储器中的值送到计数器,作为计数器的输出。


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数字电位器? X9313? 存储? 通信?

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