数字电位器 (dpots) 是无处不在的组件,具有各种封装、电阻和分辨率。然而,除了通常的电阻与设置的线性函数之外,几乎没有人实现任何东西。这一事实给需要宽范围(即数十倍)增益调整动态范围的应用带来了麻烦。
例如,想象一下您使用 8 位(256 分之一)分辨率电位器将增益设置在 0 到 10,000 (80dB) 范围内的放大器。由于电位计设置与电阻(线性锥度)之间存在线性关系,因此 dpot 设置与增益之间存在线性关系。256 种电位器设置中的每一种都代表大约 40 的增益变化增量(即,增益步长将为 0、40、80、120、160 等)。
对于 8 或更高的 dpot 设置(增益 >300),这在增益设置中提供了相当好的分辨率,允许每步 1dB 或更少的增益控制。然而,低于 8 的设置时,增益分辨率会严重恶化。例如,如果您需要将增益设置为 100 或更小,您就可以忘记以任何有意义的精度达到必要的值。您的选择是 80 左右或 120 左右。
如果可以使用具有对数锥度(电阻的对数与设置成正比)的、稳定、高分辨率数字电位器,则很容易安排一个增益控制电路,在整个调整范围内提供以 dB/增量为单位的恒定分辨率. 不幸的是,不存在具有良好分辨率(例如,每步< 6dB)的对数数字电位器(log dpot)。但一切都没有丢失。图 1所示的设计理念 使用普通的线性锥形电位器(例如 ADI 的廉价双极 AD5200)实现近似对数增益控制。
图 1 线性数字电位器模拟对数锥度
如果 Dx(上图)表示游标设置 (0 – 255),那么如果我们逐个求解放大器增益 Vout/Vin 与 Dx 的设计方程式就很容易。首先,求解作为 Vin 函数的抽头电压 (Vw):
接下来,求解作为 Vw 函数的 Vout:
然后结合等式 1 和 2:
而且当然:
我们得到:
图 2 dB 增益(左侧的 y 轴)和增益集分辨率(右侧的 y 轴)与 Dx(x 轴)
所得增益方程的有趣特征包括:
如果需要优于 8 位 (1/256) 的分辨率,可以将 10 位 AD5292 等部件放入拓扑中以获得 4 倍更高的增益设置精度。只要记住在增益方程式中出现 255 的地方用 1023 代替即可!或者,更一般地,如果 N = 位数:
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