运算放大器消除 DPOT 游标电阻

时间:2023-11-10
 数模转换器 (DAC) 主题的一个有趣变化是数字电位计 (DPOT)。DPOT 用作乘法 DAC (MDAC) 时,除了能够输出与数字值成比例的电压外,还可以用作数字编程电阻器(变阻器)。当以这种方式使用时,有时限制 DPOT 精度的一个重要参数是游标电阻:Rw。
 当然,作为固态器件,与机电电位器不同,DPOT 没有物理电阻元件,其上没有实际的游标。它们的“Rw”真正包含的是 FET 开关阵列的导通电阻,这些开关在内部电阻梯上选择所需的抽头(对于6 位电位器, 2 6 + 1 = 65 个抽头;对于 7 位电位计,2 7 + 1 = 129 个抽头) ,2 8 + 1 = 257 为 8,等等)。Rw 实际上与所选电阻串联出现,因此如果:
 Rab = 总梯形电阻电阻 = 5k(典型值),对于示例 DPOT(MCP4161-502) 
 N = 梯形抽头选择设置(对于 8 位示例,0 <= N <= 256)
 那么在理想世界中(所有 Rw = 0),产生的电阻将很简单:
 生=拉布(N / 256)
 不幸的是,在真实的 DPOT 世界中,Rw > 0。因此:
 原始 = Rab N / 256 + Rw
 对于示例 8 位 5k DPOT,Rw = 75 欧姆(典型值,值 160),设置 a:
 值 (N = 0) Rab = 75/5000*256 = ~4lsb(典型) 8lsb(值)
 对于许多应用来说,无法在 N = 0 时设置 Rab < 75 欧姆可能已经是个问题,但 Rw > 0 的不良影响会延伸到其他 N。例如,MCP41 系列的 Rab 梯形温度系数非常出色,为 50 ppm/ o C(典型值),但 Rw 的温度系数要差几个数量级,约为 3000 ppm/ o C。因此,对于任何 N < 230,Rw 主导净温度系数。

 可以说,取消 Rw 将使许多精密应用中的 DPOT 性能得到有价值的改进。图 1的拓扑就是这样做的。这是它的工作原理。

 图 1运算放大器 A1 主动驱动数字电位计 U1 游标端子 P0W,强制 Vpob = Vb,同时通过电阻 Rwb 汲取可忽略不计的电流,从而消除 Rw 的影响。
 A1 的 (+) 输入连接到参考电压 Vb(通常但不一定是地),(-) 输入连接到 U1 的 P0B 引脚,其输出连接到 U1 的 P0W 引脚,建立了一个反馈环路,强制 Vpob = Vb 独立于 Rw 。正如所宣传的那样,这消除了 Rw 效应。
 对于图 1 所示的 A1 和 U1 器件选择来说,补偿电容器 C1 可能不是必需的,但如果选择更快的 A1 放大器或更高的 Rab 电阻 Dpot,则可能是必需的。
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