數(shù)字電位器（dpots）是無處不在的組件，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）動態(tài)增益調(diào)整范圍的應(yīng)用帶來了麻煩。

 

想象一下，例如，一個增益放大器，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個電位器設(shè)置中的每一個中的一個步驟表示大約40的增益變化增量（即，增益步長將是0,40,80,120,160等）。

 

對于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. 

 

如果有一個準(zhǔn)確，穩(wěn)定，高分辨率的數(shù)字電位器，其對數(shù)錐度（電阻的對數(shù)與設(shè)置成比例）可用，那么很容易安排一個增益控制電路，提供一個在整個調(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）的對數(shù)數(shù)字電位器（log dpots）。

 

但一切都不會丟失。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的廉價的雙極AD5200）的近似對數(shù)增益控制。

 

圖1 線性數(shù)字電位器模擬對數(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，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60dB = 1,000到1范圍內(nèi)，增益設(shè)置分辨率不會低于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)置的時間和溫度穩(wěn)定性。 

同時，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?，以獲得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，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，如果N =位數(shù)：

 

Dx =（2 N - 1）增益（R1 / R2）/（1 +增益（R1 / R2））

 

（來源：EDN，作者：W. Stephen Woodward）