怎樣將數(shù)字電位器的帶寬從10倍提高到100倍
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有限的調(diào)整范圍
該方法利用了這一事實(shí)——在很多數(shù)字電位器應(yīng)用中，電位器用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行微調(diào)，并不需要從0%到100%的滿量程調(diào)整，例如：一次性工廠校準(zhǔn)等。在這些例子中，數(shù)字電位器一般提供10%以下的調(diào)整范圍。我們正是借助這一有限的調(diào)整范圍來(lái)提高數(shù)字電位器的帶寬。典型應(yīng)用電路
典型的電位器電路配置如圖1所示。這里，數(shù)字電位器用于改變信號(hào)的衰減量。R2為數(shù)字電位器，圖中還標(biāo)出了寄生電容(Cwiper)。該電容是所有數(shù)字電位器固有的，它限制了電路帶寬。電位器在0至滿量程之間擺動(dòng)時(shí)，R1和R3用于限制由數(shù)字電位器引起的信號(hào)衰減。
圖1. 典型的數(shù)字電位器電路配置
注：由于采用了運(yùn)算放大器，該電路可以用于放大和衰減。當(dāng)然，以下介紹的提高帶寬的方法與所選擇的電路拓?fù)錈o(wú)關(guān)。
為計(jì)算電路的傳輸函數(shù)(VOUT/VIN)，可以使用不同模式的電位器—參見(jiàn)圖2。圖中，R2被分成了R2top和R2bottom，其中，R2top是電位器觸點(diǎn)以上的電阻，R2bottom是電位器觸點(diǎn)以下的電阻。假設(shè)我們使用的電位器具有10kΩ的端到端電阻(忽略觸點(diǎn)電阻的影響)，R2top和R2bottom相對(duì)于數(shù)字編碼的理想傳輸函數(shù)如圖3所示。下面介紹了傳輸函數(shù)的兩個(gè)端點(diǎn)和中點(diǎn)：
- (1) 當(dāng)電位器編碼 = 0時(shí)，R2top = 10kΩ，R2bottom = 0kΩ
(2) 當(dāng)電位器編碼 = 中間位置時(shí)，R2top = R2bottom = 5kΩ
(3) 當(dāng)電位器編碼 = 滿標(biāo)位置時(shí)，R2top = 0kΩ，R2bottom = 10kΩ
圖2. 數(shù)字電位器，R2分成了R2top和R2bottom
圖3. 數(shù)字電位器的理想傳輸函數(shù)
從圖4可以得出VOUT/VIN的直流傳輸函數(shù)：
- (4) VOUT/VIN = (R3 + R2bottom)/(R1 + R2 + R3)，其中R2 = R2top + R2bottom
圖4. 典型數(shù)字電位器的電路配置，數(shù)字電位器采用新模型
下面，讓我們做一些假設(shè)：
假設(shè)
假設(shè)R2 = 10kΩ (常用的數(shù)字電位器電阻值)，如果希望把輸入信號(hào)衰減到任意電平，例如，輸入值的70% ±5% (輸入值的65%到75%)。然后，使用式(1)–(4)，可以看到有65%到75%的調(diào)整范圍，標(biāo)稱值(中間位置)為70%：
- (5) R1 = 24.9kΩ并且R3 = 64.9kΩ
典型應(yīng)用電路的帶寬
利用式(5)的電阻值，假設(shè)Cwiper = 10pF，可以獲得表1所列出的帶寬。實(shí)際觸點(diǎn)電容在3pF在80pF范圍內(nèi)，與觸點(diǎn)電阻、步長(zhǎng)數(shù)、所采用的IC工藝以及電位器體系結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。3V至5V供電、32至256步長(zhǎng)的10kΩ電位器的典型電容值為3pF–10pF。注意，本文分析基于的假設(shè)是：觸點(diǎn)電容與電位器電阻并聯(lián)，由此限制電位器的帶寬。這種方法是最直接的電位器使用方式，如果采用更復(fù)雜的電位器配置，可能會(huì)進(jìn)一步限制帶寬。因此，下面對(duì)提高帶寬的討論非常有用，即使實(shí)際得到的帶寬沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目的。
表1. 圖1電路的帶寬，采用式5電阻
| Condition | Cwiper = 10pF* | ||
| -0.1dB bandwidth | -0.5dB bandwidth | -3dB Bandwidth | |
| Pot at 0 Code | 106kHz | 245kHz | 702kHz |
| Pot at Mid Scale | 115kHz | 265kHz | 760kHz |
| Pot at Full Scale | 130kHz | 296kHz | 852kHz |
對(duì)于視頻等應(yīng)用，這些帶寬還是過(guò)低。
提高電路帶寬
使用低電阻電位器
一種提高電路帶寬最明顯的方法是選擇具有較低阻值的數(shù)字電位器，例如，1kΩ電位器，按比例調(diào)整R1和R2 (1kΩ電位器與10kΩ電位器相比，阻值減小10倍)。然而，低阻值數(shù)字電位器(1kΩ)一般占用較大的裸片面積，意味著較高的成本和較大的封裝尺寸，出于這一原因，1kΩ電位器的實(shí)際應(yīng)用非常有限。如果某一電位器能夠滿足設(shè)計(jì)要求，上面提到的10kΩ電位器的帶寬會(huì)隨著電阻的減小而線性提高，例如，提高10倍(假設(shè)雜散觸點(diǎn)電容沒(méi)有變化)。
例如，使用1kΩ電位器，設(shè)置R1 = 2.49kΩ， R3 = 6.49kΩ，觸點(diǎn)電容為10pF，電位器設(shè)在中間位置，可以獲得1.15MHz的-0.1dB帶寬，以及7.6MHz的-3dB帶寬。這要比表1所列出的帶寬提高10倍。
評(píng)論