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数字电位器的应用-【新闻】济宁

发布时间:2021-04-20 12:33:33 阅读: 来源:防虫网厂家

数字电位器的应用

1 用数字电位器替代机械式电位器

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级到256级甚至更高。对于像LCD显示器对比度调节或其它动态范围要求不高的应用,设计时可以选用低分辨率、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的音频和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电阻值设置,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存储器,能够在上电复位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功能也可以关闭接口操作,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。

2数字电位器在音频设备中的应用

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,,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可确保在检测到过零或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,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是在图基础上构建的电路,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。此外,还需要在靠近DS2822和MAX4267的VCC引脚加旁路电容。

3 基于电位器的电压电阻转换电路

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。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。

4 结论

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和仪表放大器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在-40℃~+85℃范围内优于0.025%。

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