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1、 MT-091 3-TO-8 DECODER 3-BIT DIGITAL INPUT WIPER (W) 8 TO SWITCHES R R R R R R R TERMINAL A TERMINAL B POLYSILICON OR THIN FILM RESISTOR STRING CMOS SWITCHES FOR N-BITS: 2NSWITCHES AND RESISTORS VDD VSS 图1：基于“串DAC”架构的3位CMOS数字电位计 Rev.0, 01/09, WK Page 1 of 10 指南 简介 机械电位计自电子学创立之初即已开始使用，为各种传感器、电源或者需要某类
2、校准的任 何器件的输出调节提供了一种便利的方法。时序、频率、对比度、亮度、增益和失调调 节，如此等等，不一而足。然而，机械电位计始终面临诸多问题，其中包括物理尺寸、机 械磨损、游标污染、电阻漂移，对振动、温度和湿度敏感；需要螺丝刀、布局不灵活等问 题。 数字电位计避免了机械电位计存在的固有问题，是那些利用微控制器或另一个数字器件来 提供必要控制信号的新设计的理想替代型产品。对于那些不使用任何片上微控制器的人， 也提供手动控制的数字电位计。与机械电位计不同，在主动控制应用中，数字电位计可以 实现动态控制。 数字电位计基于以前在MT-014指南中描述的CMOS“串DAC”架构，其基础示意图如图1所
3、 示。请注意，在正常串DAC配置中，A端和B端连接于基准电压之间，而W(游标)端则为 DAC输出。串DAC配置中还多出一个R电阻，将A端与基准电压相连。 数字电位计 蒋浩然 蓝色字体 第一次阅读完成总结 文章评级：C 一半多的广告 推荐等级：C 大概看一下有什么类型的数字 电位计 MT-091 (A) POTENTIOMETER DIVIDER ALL TERMINALS AVAILABLE (B) POTENTIOMETER DIVIDER ONE TERMINAL GROUNDED (C) RHEOSTAT AD5245 256 SOT-23-8 PACKAGE 128 AD5246 SC
4、70-6 PACKAGE AD5247 128 SC70-6 PACKAGE 2.7V - 5.5V 2.7V - 5.5V 2.7V - 5.5V ALL: NOMINAL RESISTANCE 5k, 10k, 50k, or 100k TC = 35ppm/C A W B A W W B 图2：采用小型封装的典型数字电位计示例 Page 2 of 10 实际上，数字电位计配置利用了这样一个事实：CMOS开关的共模电压可以处于电源之间 的任意位置数字输入选择的开关只是将游标与电阻串上的相应抽头相连。A至B的相对 极性可能是正，也可能是负。 电阻串表示端到端电位计电阻，传统的“DAC输出”成
5、为数字电位计的游标。电阻可以是多 晶硅(TC 500 ppm/C)或薄膜(TC 35 ppm/C)，取决于所需要的精度。 电阻串中的电阻数决定着电位计的分辨率或“步长”，目前，其范围为32(5位)至1024(10 位)。可编程电阻的值为：RWB(D) = (D/2N)RAB + RW，且RWA(D) = (2N D)/2NRAB + RW。其 中，RWB为W端与B端之间的电阻，RWA为W端与A端之间的电阻，D为步长值的十进制等效 值，N为位数，RAB为额定电阻，RW为游标电阻。 开关为CMOS传输门，可使任何给定步进与输出之间的导通电阻变化降至最低水平。A端 和B端上的电压可以是任何值，只要处
6、于电源电压VDD和VSS之间即可。 采用小型封装的现代数字电位计 图2展示了采用小型封装的三种数字电位计。虽然I2C串行接口非常流行，但数字电位计同 时提供SPI、升/降计数器和手动增量/减量接口。 MT-091 Resolution (wiper steps): 32 (5-Bits) to 1024 (10-Bits) Nominal End-to-End Resistance: 1k to 1M End-to-End Resistance Temperature Coefficient: 35ppm/C (Thin Film Resistor String), 500ppm/C (Pol
7、ysilicon Resistor String) Number of Channels: 1, 2, 3, 4, 6 Interface Data Control: SPI, I2C, Up/Down Counter Input, Increment/Decrement Input Terminal Voltage Range: +15V, 15V, +30V, +3V, 3V, +5V, 5V Memory Options: Volatile (No Memory) Nonvolatile E2MEM One-Time Programmable (OTP) - One Fuse Array
8、 Two-Time Programmable - Two Fuse Arrays 图3：CMOS数字电位计的特性 Page 3 of 10 图2A中的AD5245采用8引脚SOT-23封装，有256个位(即8位)。A0引脚支持器件被唯一确 定，因而可以在同一总线上放置两个器件。薄膜电阻串(RAB)提供5 k、10 k、50 k和100 k 四种选项，RAB温度系数为35 ppm/C。电位计的三个端全部可用。工作电源电压的范围为 +2.7 V至+5.5 V。电源电流的最大值为8 A，同时内置一个命令位，用于关断器件，使其进 入零功耗状态。电压噪声约等于RAB的热噪声。(注意，一个1 k电阻在室温
9、下的热噪声约 为4 nV/Hz)。 图2B所示AD5247与AD5245相似，只是它有128个位置(7位)，B端接地，并且采用的是SC70 6引脚封装。AD5247不具备A0功能。最后，图2C所示AD5246与AD5245类似，只是它是以 可变电阻器连接的，其W端和B端可供外部使用。 在单电位计(如AD5245、AD5246和AD5247)以外，数字电位计同时提供双路、三路、四路 和十六路等版本。在单个封装中嵌入多个器件，这种做法可在组合电位计应用中实现1% 的匹配性能，同时也有利于减少PC板空间需求。图3总结了现代数字电位计的一些特性。 内置非易失性存储器的数字电位器 数字电位计(如AD52
10、45、AD5246和AD5247)主要用在主动控制应用中，因为它们没有非易 失性存储器。因此，如果移除电源，则设置会丢失。然而，多数易失性数字电位计有一种 上电预置功能，上电时强制使器件进入中间电平码。 MT-091 图4：AD5235 非易失性存储器、双通道1024位数字电位计 Page 4 of 10 显然，市场上需要能够在电源移除和重新加电后保持设置不变的数字电位计。这就要求使 用非易失性片内存储器来存储目标设置。AD5235是一款双通道10位数字电位计，以片内 E2MEM存储目标设置(参考文献4)。功能框图如图4所示。 这些器件可实现与机械电位计相同的电子调整功能，而且具有增强的分辨率
11、、固态可靠性 和出色的低温度系数性能。AD5235通过一个标准串行接口可实现多种编程，支持16种工 作模式和调整模式，包括暂存区编程、存储器存储和检索、递增/递减、对数抽头调整、 游标设置回读以及用户自定义的额外E2MEM。AD5235的另一主要特性是，实际电阻容差 以0.1%的精度存储于E2MEM。因而可以获知实际的端到端电阻，这对精密应用中的校准 和 容 差 匹 配 具 有 重 要 意 义 。 新 的 E2MEM系 列 数 字 电 位 计 (AD5251/AD5252 /AD5253/AD5254)同样提供这种功能。在暂存区编程模式下，可以直接将具体设置编程至 RDAC寄存器，使其设置W-
12、A端和W-B端之间的电阻。RDAC寄存器也可用以前存储于 E2MEM寄存器中的一个值来加载。E2MEM中的值可以更改或保护。 当更改RDAC寄存器时，可将新设置的值保存至E2MEM。以便在系统加电时自动传送至 RDAC寄存器。E2MEM也可以通过直接编程和外部预置引脚控制来检索。线性步进递增和 递减命令使RDAC寄存器中的设置向上或向下变化，每次一步。对于游标设置中的对数变 化，则通过一个左/右位移命令按6 dB的步进来调整电平。AD5235采用薄型TSSOP-16封装。 所有器件的保证工作温度范围均为40C至+85C扩展工业温度范围。 MT-091 一次性可编程(OTP)数字电位计 AD51
13、72/AD5173是双通道256位、一次性可编程(OTP)数字电位计，采用熔丝连接技术来实 现在存储器中保持电阻设置的功能(参考文献5)。功能框图如图5所示。请注意，AD5172配 置为一个三端电位计，而AD5173则采用变阻器引脚排列。AD5172/AD5173提供2.5 k、10 k、 50 k和100 k四种版本。电阻串的温度系数为35 ppm/C，电源电压范围为2.7 V至5.5 V。 对于那些不需要在存储器中对数字电位计设置进行一次以上编程(即一次性设置)的用户来 说，OTP比E2MEM方法更具成本优势。这些器件可实现与多数机械调整器和可变电阻器相 同的电子调整功能，而且具有增强的分
14、辨率、固态可靠性和更好的温度系数性能。 AD5172/AD5173通过一种2线I2C兼容数字控制来编程。它们允许在永久性设置电阻值之前 进行无限次调整。在OTP激活期间，将在确定最终值之后发送一个永久熔断熔丝命令；结 果将游标位置固定于给定的设置(类似于将环氧树脂涂在机械式调整器上)。与同系列的其 他OTP数字电位计不同，AD5172/AD5173拥有一个独特的临时OTP覆盖功能，允许在必要 时重新进行调整，在接下来的上电条件期间将恢复OTP设置。该功能允许用户将 AD5172/AD5173以用户自定义预设用于主动控制应用。 AD5172 AD5173 图5：AD5172/AD5173 256
15、位、一次性可编程双通道I2C数字电位计 Page 5 of 10 MT-091 AD5170AD5170 图6：AD5170 256位、可二次编程的I2C数字电位计 Page 6 of 10 为了验证永久性编程是否成功，ADI对OTP验证机制进行了专门设计，结果，可在读取模 式下从两个验证位识别熔丝状态。对于在工厂中编程AD5172/AD5173的应用来说，ADI提 供专门的器件编程软件，支持Windows 95至XP的全部平台，包括Windows NT。该软件 应用实际上消除了采用外部I2C控制器或主机处理器的必要，从而极大地缩短了用户的开 发时间。AD5172/AD5173提供评估套件，其
16、中包括可以针对工厂编程应用转换的软件、连 接器和线缆。AD5172/AD5173采用MSOP-10封装。所有器件的保证工作温度范围均为 40C至+125C汽车应用温度范围。在独有的OTP功能以外，AD5172/AD5173因支持可编程 预设并且具有出色的温度稳定性和小尺寸等优势，因而非常适合其他通用数字电位计应 用。 AD5170(参考文献6)是一款可二次编程的8位数字电位计，功能框图如图6所示。请注意， 提供第二熔丝阵列，以支持“二次”编程能力。与AD5172/AD5173相似，在进行永久性设置 之前可以无限次编程。AD5170的电气特性类似于AD5172/AD5173。 MT-091 BA W CACB CW RAB FOR AD5245: CA,B= 90pF CW= 95pF RABBW 5k1.0MHz 10k500kHz 50k100kHz 100k50kHz BW MEASURED FROM A TO W WITH B GROUNDED, MIDSCALE COD
