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如何利用DCP獲得更精確的性能

作者: 時間:2008-10-20 來源:網絡 收藏
數控電位器()在各種應用中深受歡迎,尤其在控制、參數調整、信號處理方面。數字電位器取代了機械電位器,并在很多方面體現出優(yōu)勢,如遠程操作、可編程性、高分辨率、小型化、可靠性、能存儲多個動觸點位置,以及更低的系統(tǒng)成本。

當然,使用進行設計時,也有一些限制需要考慮,比如受限的端電壓以及。這些限制來自于多晶硅電阻的制造工藝以及在CMOS集成電路中的集成工藝。

是通過電阻的組合來實現的,電阻R通過串聯連接著CMOS開關,如圖1。

圖1:DCP電阻陣列。
圖1:DCP電阻陣列。

電阻陣列的物理兩端,即RH和RL端,等效于機械電位器的固定端。動觸點RW通過CMOS開關一次一個地連接著中間節(jié)點,等效于機械電位器的動觸點端。

多晶硅DCP的典型電阻為±20%,然而,相對或者是在特定的電阻陣列內的電阻匹配程度更高,通常為±1%甚至更精確。因此,在設計階段,需要仔細的計算相對精度與總體精度之間的差異,從而避免或者減小應用電路生產時的額外調整工作。本文主要討論DCP精度是如何影響著設計,另外還討論了一些能提高系統(tǒng)最終精度的技術。

在應用設計中,DCP主要有兩種用途:用作分壓器和變阻器。

電壓分壓器模式

當DCP用作電壓分壓器時,其RH和RL端連接著電源軌,動觸點RW的最終精度僅取決于內部電阻匹配程度。因此,每個部分都相同,不管總的電阻精度如何。

道理很簡單,因為RH和RL間的電壓由特定數量的抽頭所分壓,即在分壓電阻串中,數量為n的等效電阻元素按比例縮小。例如,對于如圖2所示的配置,

圖2:高精度電壓分壓器
圖2:高精度電壓分壓器

動觸點m的輸出電壓Vout可以計算得到(公式1a和1b):

如何利用DCP獲得更精確的性能

如何利用DCP獲得更精確的性能

其中m為當前動觸點的位置,n為抽頭的總數。

從公式1b中可以看出,電阻精度可以忽略且對輸出Vout沒有任何影響。

不過,如果DCP在RH和/或RL端另有電阻,輸出信號的精度將變成DCP初始精度的函數。這是因為縮放系數在各個分壓電阻串中不相等,如圖3。

圖3:不同精度的例子
圖3:不同精度的例子

圖3中帶有R1和R2電路的輸出函數為(公式2):

如何利用DCP獲得更精確的性能

其中n為抽頭的總數,m為當前動觸點的位置。

需要注意的是,動觸點電阻沒有包含在內,這是因為其對該特定的配置沒有任何影響,同時我們假設使用的是理想運放。

變阻器模式

當DCP用作變阻器時,其輸出精度變成初始精度(±20%)加上由動觸點電阻帶來的額外誤差之和。因為動觸點開關不是理想的——即存在很小的阻值,通常為70Ω,并且該阻值在各個抽頭間是變化的。動觸點電阻在變阻器配置中大大降低,例如,當動觸點連接到終端的一個端點上,如圖4a:

圖4:變阻器的結構。
圖4:變阻器的結構。

在變阻器結構中,如圖4a,動觸點電阻出現在電阻串部分并聯時,其效應取決于所選的動觸點位置。

另一個可能的配置是讓終端的一個端點懸空,如圖4b所示。這種情況下,動觸點電阻通常會在數據資料表中以圖表形式提供,從而能更加容易的計算各個抽頭上的總電阻。公式3可用于計算抽頭m處的電阻:

如何利用DCP獲得更精確的性能

可增加電路精度的設計實例

即使常規(guī)的DCP初始精度為±20%,應用的精度可以通過使用一些特定的技術來提高。例如,圖3的設計通過簡單的修改即可獲得更高的精度,如圖5所示。

圖5:在分壓模式下提高精度的例子
圖5:在分壓模式下提高精度的例子

在上述的例子中,輸入信號Vin被固定的R1、R2、R3電阻串所分壓,DCP放置在與R2的并聯位置上。這種配置可以保留可變輸出的靈活性,同時具有高得多的精度。需要注意的是,為了得到所需的精度,Rtotal的阻值應該是R2的5-10倍。

當DCP用作變阻器時,通過將DCP和高精度固定電阻的串并聯配置,可以得到更好的精度,如圖6。

圖6:DCP與固定電阻的串并聯配置
圖6:DCP與固定電阻的串并聯配置

例如,圖6電路中使用了精度為±20%,阻值為10 kΩ, 抽頭個數為256的DCP,我們可以得到阻值變化范圍為5.5kΩ到10.695 kΩ的可變電阻,對應的精度為±1.1%到±8.5%,如表1。

表1:DCP與固定電阻的串并聯配置
表1:DCP與固定電阻的串并聯配置

另一個DCP的實際用途為數模轉換器(DAC)的代替品。在大多數情況下,當設計需要在受限范圍內進行微調時,一個8位的DCP可以實現比10位DAC更好的分辨率。有關DCP分辨率與終端電壓及抽頭數量關系函數見表2所示。

表2:不同抽頭對應得DCP分辨率
表2:不同抽頭對應得DCP分辨率



關鍵詞: DCP 精度 性能

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