數(shù)字電位器模擬對(duì)數(shù)抽頭,以準(zhǔn)確設(shè)置增益
發(fā)布時(shí)間:2019-08-07 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】數(shù)字電位器(dpots)是無(wú)處不在的組件,可提供各種封裝,電阻和分辨率。然而,除了通常的電阻與設(shè)置的線性函數(shù)之外,很少實(shí)現(xiàn)任何東西。這一事實(shí)給需要寬幅(即數(shù)十年)動(dòng)態(tài)增益調(diào)整范圍的應(yīng)用帶來(lái)了麻煩。
數(shù)字電位器(dpots)是無(wú)處不在的組件,可提供各種封裝,電阻和分辨率。然而,除了通常的電阻與設(shè)置的線性函數(shù)之外,很少實(shí)現(xiàn)任何東西。這一事實(shí)給需要寬幅(即數(shù)十年)動(dòng)態(tài)增益調(diào)整范圍的應(yīng)用帶來(lái)了麻煩。
想象一下,例如,一個(gè)增益放大器,使用8位(1/256)分辨率電位器設(shè)置在0到10,000(80dB)的范圍內(nèi)。電位器設(shè)置和電阻(線性錐度)之間存在線性關(guān)系,dpot設(shè)置和增益之間將存在線性關(guān)系。256個(gè)電位器設(shè)置中的每一個(gè)中的一個(gè)步驟表示大約40的增益變化增量(即,增益步長(zhǎng)將是0,40,80,120,160等)。
對(duì)于8或更高的dpot設(shè)置(增益> 300),這在增益設(shè)置中提供了相當(dāng)好的分辨率,允許每步增益控制在1dB或更低。然而,低于8的設(shè)置,增益分辨率嚴(yán)重惡化。例如,如果您需要將增益設(shè)置為100或更低,則可以忘記以任何有意義的精度命中必要的值。您唯一的選擇是大約80或大約120.
如果有一個(gè)準(zhǔn)確,穩(wěn)定,高分辨率的數(shù)字電位器,其對(duì)數(shù)錐度(電阻的對(duì)數(shù)與設(shè)置成比例)可用,那么很容易安排一個(gè)增益控制電路,提供一個(gè)在整個(gè)調(diào)整范圍內(nèi)以dB /增量表示的恒定分辨率。不幸的是,不存在具有良好分辨率(例如,每步<6dB)的對(duì)數(shù)數(shù)字電位器(log dpots)。
但一切都不會(huì)丟失。該設(shè)計(jì)思想中呈現(xiàn)圖1實(shí)現(xiàn)與普通線性變化鍋(例如,ADI的廉價(jià)的雙極AD5200)的近似對(duì)數(shù)增益控制。
圖1 線性數(shù)字電位器模擬對(duì)數(shù)錐度
如果Dx(上圖)表示游標(biāo)設(shè)置(0 - 255),那么如果我們零碎地解決放大器增益Vout / Vin與Dx的設(shè)計(jì)公式,則很容易。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(lái),將Vout作為Vw的函數(shù)求解:
Vout = -Vw 255 R2 /(R AB(255 - Dx))
然后結(jié)合方程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 dB / 20
我們得到:
Dx = 255 10 dB / 20(R1 / R2)/(1 + 10 dB / 20(R1 / R2))
圖2 dB增益(左邊的y軸)和增益設(shè)置分辨率(右邊的y軸)與Dx(x軸)的關(guān)系
得到的增益方程的有趣特征包括:
Dx /(255 - Dx)的承諾(近似)對(duì)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; 和247給出70dB。在整個(gè)60dB = 1,000到1范圍內(nèi),增益設(shè)置分辨率不會(huì)低于1dB,這一點(diǎn)尤為重要。另外,Dx = 0設(shè)置增益為零,而Dx = 255選擇開(kāi)環(huán)。
使用電位器刮水器作為輸入端子的策略有效地將刮水器觸點(diǎn)移動(dòng)到放大器A1(圖1)的反饋回路內(nèi)部,從而將其作為誤差項(xiàng)移除并改善增益設(shè)置的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性。
同時(shí),在A1反饋和A2輸入(圖1)上使用RAB電阻元件將RAB容差和溫度系數(shù)(溫度系數(shù))的靈敏度進(jìn)行比率(AD5200中+/- 30%和500ppm / oC),留下R1和R2作為增益集準(zhǔn)確性的唯一主導(dǎo)因素。
如果需要優(yōu)于8位(1/256)分辨率,10位AD5292等器件可以放入拓?fù)渲校垣@得4倍更高的增益設(shè)置精度。只需記住在增益方程中出現(xiàn)255的任何地方替換1023!或者,更一般地說(shuō),如果N =位數(shù):
AD5292
可以放入拓?fù)渲幸垣@得4倍更高的增益設(shè)置精度。只需記住在增益方程中出現(xiàn)255的任何地方替換1023!或者,更一般地說(shuō),如果N =位數(shù):
Dx =(2 N - 1)增益(R1 / R2)/(1 +增益(R1 / R2))
(來(lái)源:EDN,作者:W. Stephen Woodward)
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