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digiPOT规格与架构的解析

时间:2015-11-25  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

标签:digiPOT(3)数字电位计(12)

  数字电位计(digiPOT)通常用于方便的调整传感器的交流或直流电压或电流输出、电源供电、或其他需要某种类型校准的器件,比如定时、频率、对比度、亮度、增益,以及失调调整。数字设置几乎可以避免机械电位计相关的所有问题,比如物理尺寸、机械磨损、游标调定、电阻漂移,以及对振动、温度和湿度敏感等问题,还可以消除因使用螺丝刀导致的布局不灵活问题。

  digiPOT有两种使用模式,即电位计模式或可变电阻器模式。图1所示为电位计模式,此时有3个端子,信号通过A端和B端连接,W端(类似游标)则提供衰减的输出电压。当数字比率控制输入为全零时,游标通常与B端连接。

  

电位计模式

  图1.电位计模式

  游标硬连线至任一端时,电位计就变成了简单的可变电阻器, 如图2所示。可变电阻器模式时需要的外部引脚更少,因此尺寸更小。部分digiPOT只有可变电阻器模式。

  

可变电阻器模式

  图2.可变电阻器模式

  digiPOT电阻端的电流或电压极性没有限制,但是交流信号的幅度不能超过电源供电轨(VDD 和 VSS)器件在可变电阻器模式,尤其是低电阻设置状态下工作时,最大电流或电流密度, 应加以限制.

  典型应用

  信号衰减是电位计模式的固有特性,因为该器件本质上属于分压器。输出信号定义为: VOUT = VIN × (RDAC/RPOT), 其中 RPOT是digiPOT的标称端对端电阻, RDAC 是通过数字方式选择的W端和输入信号参考引脚之间的电阻,参考引脚通常为B端,如图3所示.

  

信号衰减器

  图3.信号衰减器

  信号放大需要有源器件,通常是反相或同相放大器。通过适当的增益公式,电位计模式或可变电阻器模式均可使用

  图4显示的是同相放大器,此时digiPOT相当于电位计,可通过反馈调整增益。由于部分输出会反馈, RAW/(RWB + RAW),应等于输入,理想增益为:

  

公式

  

电位计模式中的同相放大器

  图4.电位计模式中的同相放大器

  该电路的增益与RAW, 成反比RAW接近零时会迅速上升,显示出双曲线传递函数特性。为了限制最大增益,可插入一个电阻与RAW(位于增益公式的分母内)串联

  如果需要线性增益关系,可以采用可变电阻器模式以及固定外部电阻,如图5所示,增益现定义如下:

  

公式

  

可变电阻器模式中的同相放大器

  图5.可变电阻器模式中的同相放大器

  将低电容端(最新器件中为W引脚)连接至运算放大器输入可获得最佳性能.

  digiPOT用于信号放大的优势

  图4和图5所示的电路具有高输入阻抗和低输出阻抗,可工作于单极性和双极性信号。digiPOT可用于游标操作,采用固定外部电阻在更小的范围内提供更高的分辨率,还可用于运算放大器电路,信号有无反转均可。此外,digiPOT的温度系数较低,电位计模式时通常为5 ppm/°C,可变电阻器模式时则为35 ppm/°C。

  

标签:digiPOT(3)数字电位计(12)

digiPOT用于信号放大的限制

  处理交流信号时,digiPOT的性能受带宽和失真的限制。受寄生器件影响,带宽是指在小于3 dB衰减时能够通过digiPOT的最大频率。总谐波失真 (THD)(此处定义为后四个谐波的rms之和与输出基波值的比值)是信号通过器件时衰减的量度。这些规格涉及的性能限制由内部digiPOT架构决定。通过分析,我们可以更好地全面了解这些规格,减少其负面

  内部架构已从传统的串联电阻阵列(如图6a所示)发展至分段式架构(如图6b所示)。主要的改进是减少了所需内部开关的数量。第一种情况采用串行拓扑结构,开关数量为N = 2n是分辨率的位数。 n = 10, 时,需要1024个开关

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