數字電位器
1 用數字電位器替代機械式電位器
數字電位器的寫次數很容易達到50000次,而機械式電位器的調節次數一般只有幾千次,甚至幾百次。目前市場上提供的數字電位器的分辨率在32級(5位)到256級(8位)甚至更高。對于像LCD顯示器對比度調節或其它動態范圍要求不高的應用,設計時可以選用低分辨率、低成本的。而高分辨率的則被廣泛用于動態范圍高達90dB的音頻和Hi-Fi設備中。具有易失和非易失兩種類型,非易失與機械式電位器很相似,它們無論上電與否都可以保持電阻值設置,特別是MAX5427/MAX5428/MAX5429,更具有*的編程特性,每個器件帶有一個一次性編程(OTP)存儲器,能夠在上電復位(POR)時將抽頭位置設置在用戶定義的數值,且抽頭位置保持可調,但在上電時總是返回到所設置的位置。另外,利用OTP功能也可以關閉接口操作,使抽頭位置始終保持在所希望的地方。這樣,器件就像一個阻值固定的分壓器,而不是電位器。
大多數可以通過傳統的I2C或SPI接口進行編程,有些器件則采用上/下脈沖計數調節方式。采用有很多優勢,首先,這些電位器對灰塵、污垢和潮濕的環境不敏感,而這些因素對于機械式電位器來說則是致命的。幾乎能夠在任何電子系統中替代老式的機械電位器,而不僅僅是在音頻產品,圖1列出了的幾種典型應用。
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2在音頻設備中的應用
與機械式電位器相比,的另一優勢是可以直接安裝在電路板的信號通道上,而不需要復雜、昂貴的機械與電控的整合方案??商岣唠娮釉肼曇种颇芰?,不存在機械電位器連線拾取的干擾信號。傳統的只是簡單地直接取代機械式電位器,它們具有相同的使用方法,因而無需做過多的說明。然而,對于特殊用途的器件,(如低成本立體聲音量控制),使用時可能會出現一些特殊問題。
可以提供對數和線性變化函數,對數變化的常用于Hi-Fi音頻設備中的音量調節,可為具有非線性響應特性的人耳建立一個線性變化的音量控制。目前,高度集成的可以在單芯片內提供六個獨立的電位器,并支持多聲道音頻設備,如立體聲、環繞杜比系統等。對于音頻設備,需要注意每一級抽頭位置的瞬變過程,如果抽頭位置沒有地切換到0V,音頻信號會帶有噼啪聲和砰然聲。幸運的是,新一代包含的過零檢測功能(如DS1802)可確保在檢測到過零(0V)或50ms延遲時改變抽頭位置,從而可降低抽頭位置瞬變時的音頻噪聲。
新一代的DS1802音頻電位器包含了兩個數控電位器,對數抽頭,每級變化1dB。zui大衰減量為63dB。此外,它還帶有*功能,可將信號衰減90dB。DS1802有四個按鍵輸入,可用于音量/平衡控制。合理利用其過零檢測器,能夠實現音量的無縫調節,以得到純凈的音頻信號。圖2提供了一個前置放大器方案,可通過按鍵控制兩個立體聲聲道。用DS1802構成音量控制電路時,需要將交流信號偏置在直流電源范圍內,否則,DS1802會將低于GND、高于VCC的音頻信號鉗位掉,DS1802可以采用3V或5V電源。由于音頻信號通常是對稱的,所以,將直流偏置設置在VCC/2,以獲得zui大的音頻信號擺幅。圖2(a)是一個惠斯通橋電路,可用來將輸入信號偏置在VCC/2。該電路允許交流信號通過位于中間位置的電阻(電位器),來對電阻兩端進行相同的直流偏置。這一點對于非常關鍵,因為過零檢測器是在電位器兩端電壓為零時切換電位器的位置,因而,可以消除由于的非連續切換所造成的噼啪聲和砰然聲。圖2(b)是在圖(a)基礎上構建的電路,該電路的輸入阻抗為13.7kΩ,橋電路和輸入電容造成的信號衰減為1.2dB(20Hz)。此外,還需要在靠近DS1802和MAX4167的VCC引腳加旁路電容。
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3 基于電位器的電壓電阻轉換電路
在工業控制和偏置調節電路中,有時需要將電壓信號轉換成電阻,這一過程在具體實施時有一定的難度。圖3利用兩路提供了一個簡單的轉換方案。圖中,U1和運算放大器U3構成數字采樣保持電路,U1通過調節其內部分壓比保證VWIPER對 VIN的跟蹤,這樣,滑動端電阻將與VIN成正比。由于U1、U2的數字輸入是連接在一起的,U2的滑動端位置與U1相同,對應端的電阻也相同。這樣便可得到與VIN成正比的電阻,從而實現電壓至電阻的轉換。
由于U1、U2是*相同的,其數字輸入連接在一起,因此,它們的滑動端位置也相同。LOCK置為低電平,輸出電阻將隨著VIN而改變;而LOCK置為高電平則將保持阻值不變。也可以將LOCK始終接地,在這種情況下,即使VIN保持恒定,輸出電阻也會在兩個相鄰狀態之間連續翻轉。假如電位器端電阻為10kΩ,抽頭數為32,那么,當滑動輸出端電阻設置在5kΩ時,輸出電阻將隨時鐘在5kΩ和5.3125kΩ之間跳變。需要時,可以在滑動輸出端接一個電容來濾除跳變效應。該電路所允許的時鐘頻率范圍為100Hz~10kHz。而輸出電阻并非實時跟隨VIN的變化,但經過若干個時鐘周期后可以達到其終值。時鐘數取決于滑動端的初始位置和輸入電壓,zui大值為32(電位器抽頭數)。如果需要更高的分辨率,可以用6位或8位替代本電路中的5位芯片。注意,MAX5160上電時將滑動端設置在中心位置,因而,可使兩路同步工作,并保持相同的電阻。選擇時,通常需要知道電位器的上電初始狀態。