Цифровой резистор. Цифровые потенциометры: принцип работы, преимущества и применение в электронике

Что такое цифровые потенциометры. Как они работают. Какие преимущества имеют перед механическими аналогами. Где применяются цифровые потенциометры в современной электронике. Какие основные характеристики и типы цифровых потенциометров существуют.

Принцип работы цифровых потенциометров

Цифровые потенциометры представляют собой электронные аналоги механических переменных резисторов. Их принцип работы основан на последовательном соединении набора резисторов, коммутируемых электронными КМОП-ключами:

• Резисторы образуют резистивную матрицу с фиксированным количеством отводов (обычно от 32 до 1024)
• КМОП-ключи подключают средний вывод к нужному отводу матрицы
• Управление ключами осуществляется цифровым кодом или сигналами «вверх»/»вниз»
• Изменение сопротивления происходит дискретно с заданным шагом

Таким образом, цифровые потенциометры позволяют программно регулировать сопротивление между выводами с высокой точностью и повторяемостью.

Преимущества цифровых потенциометров

По сравнению с механическими аналогами, цифровые потенциометры обладают рядом важных преимуществ:

• Компактные размеры
• Высокая надежность и долговечность
• Отсутствие механического износа
• Низкий уровень собственных шумов
• Высокая точность и повторяемость установки сопротивления
• Возможность дистанционного управления
• Программируемость и возможность запоминания настроек
• Одновременное управление несколькими каналами

Эти преимущества делают цифровые потенциометры незаменимыми во многих современных электронных устройствах.

Основные характеристики цифровых потенциометров

При выборе цифрового потенциометра следует обращать внимание на следующие ключевые параметры:

• Номинальное сопротивление (обычно от 1 кОм до 1 МОм)
• Количество позиций (от 32 до 1024 и более)
• Тип характеристики (линейная или логарифмическая)
• Интерфейс управления (SPI, I2C, кнопки и т.д.)
• Напряжение питания
• Максимальное рабочее напряжение
• Температурный коэффициент сопротивления
• Нелинейность
• Рабочий диапазон частот

Выбор конкретной модели зависит от требований конкретного применения.

Области применения цифровых потенциометров

Цифровые потенциометры нашли широкое применение в самых разных областях электроники:

• Регулировка усиления в аудиосистемах
• Настройка параметров фильтров
• Калибровка измерительных приборов
• Управление яркостью и контрастностью дисплеев
• Регулировка мощности в импульсных преобразователях
• Подстройка частоты генераторов
• Программируемые источники тока и напряжения
• Системы автоматического регулирования

Возможность программного управления делает цифровые потенциометры идеальными для применения в автоматизированных системах.

Типы цифровых потенциометров

Существует несколько основных типов цифровых потенциометров:

• Однокадровые — содержат один регулируемый резистор
• Многокадровые — несколько независимых каналов в одном корпусе
• Энергонезависимые — сохраняют настройки при отключении питания
• С последовательным интерфейсом (SPI, I2C)
• С параллельным интерфейсом
• С кнопочным управлением
• С температурной компенсацией

Выбор типа зависит от конкретной задачи и особенностей применения устройства.

Ограничения цифровых потенциометров

При использовании цифровых потенциометров следует учитывать некоторые ограничения:

• Ограниченный частотный диапазон из-за паразитных емкостей
• Дискретность регулировки сопротивления
• Повышенные нелинейные искажения на высоких частотах
• Зависимость параметров от напряжения питания
• Ограниченный диапазон рабочих напряжений
• Более высокая стоимость по сравнению с механическими аналогами

Понимание этих ограничений позволяет правильно выбрать и применить цифровой потенциометр в конкретной схеме.

Примеры популярных моделей цифровых потенциометров

На рынке представлено множество моделей цифровых потенциометров от различных производителей. Вот некоторые популярные серии:

• Analog Devices: AD5160, AD5200, AD5231
• Maxim Integrated: MAX5481, MAX5487, MAX5527
• Microchip: MCP4131, MCP4151, MCP4161
• Texas Instruments: TPL0501, TPL0401, TPL0102
• Intersil: X9C102, X9C103, X9C104

При выборе конкретной модели следует ориентироваться на требуемые характеристики и особенности применения.

Заключение

Цифровые потенциометры стали важным компонентом современной электроники, заменив во многих применениях механические аналоги. Их основные преимущества — компактность, надежность, точность и возможность программного управления. Несмотря на некоторые ограничения, цифровые потенциометры находят все более широкое применение в самых разных областях — от бытовой техники до промышленной автоматики. Понимание принципов работы и особенностей этих устройств позволяет эффективно использовать их возможности при разработке электронной аппаратуры.

Когда не помогает ЦАП. Цифровые потенциометры в деталях. Часть первая / Хабр

Прогресс не обошёл стороной не только велосипед. Сегодня традиционные переменные и подстроечные резисторы в очень многих приложениях уступают место цифровым сопротивлениям. В англоязычных источниках их называют digital potentiometer, RDAC или digiPOT. Область применения этих устройств гораздо шире регулировки уровня звукового сигнала. В частности они приходят на помощь в очень многих случаях, когда требуется изменять параметры обратной связи, что трудно реализовать с помощью традиционных ЦАП.

Особенно эффективно их применение в связке с операционными усилителями. Так можно получить регулируемые усилительные каскады, преобразователи разного рода величин, фильтры, интеграторы, источники напряжения и тока и многое многое другое. Словом эти очень недорогие и компактные устройства могут быть полезными каждому разработчику электроники и радиолюбителю…

Изначально я хотел написать краткую статью, но в результате углубленного изучения темы материал с трудом уместился в две части. Сегодня я постараюсь рассказать об архитектуре данных устройств, их возможностях, ограничениях использования и тенденциях развития. В заключении вскользь затрону тему областей применения, поскольку конкретные примеры практической реализации схем на их основе будут рассмотрены во второй части. МНОГО примеров!

Лично я за последние пять лет с успехом применял цифровые сопротивления в нескольких своих разработках, надеюсь что данный цикл статей окажется полезным для многих и поможет вам решать многие задачи более изящно и просто, чем сегодня. Людям, далёким от разработки электроники данная статья может просто расширить кругозор, показав как эволюционируют под натиском цифровых технологий даже такие простейшие вещи, как переменные резисторы.

P.S.Так получилось, что уже вышла ещё одна статья из этой серии и в ней пример всего один, зато подробно разобранный. Для остальных обещанных примеров придётся писать третью.

Архитектура.

Для того, чтобы понять как работает данное устройство обратимся к функциональной схеме. На ней изображена аналоговая часть цифрового 8 битного сопротивления.

Основа прибора — 255 резисторов одинакового номинала и выполненные по технологии КМОП двунаправленные электронных ключи. Цифровое значение в интервале 0-255 записывается в регистр с которого подаётся на дешифратор. В зависимости от значения, сохранённого в регистре, срабатывает один из ключей, подключающий средний вывод W к выбранной точке в линейной матрице сопротивлений Rs. Ещё два ключа служат для подключения крайних выводов А и В. С их помощью прибор может переходить в неактивный режим.

Выводы А и В — аналоги крайних выводов переменного сопротивления, W — среднего вывода к которому у обычных переменных резисторов крепится движок.

Возможные схемы включения также аналогичны традиционным переменным сопротивлениям…

Рассмотрим как устанавливается требуемое сопротивление на примере 10 килоомного резистора. Для начала вычислим значение каждого из резисторов сборки, необходимых для формирования такого сопротивления Rs=10000/256=39,06 Oм. Допустим, мы пытаемся регулировать сопротивление между выводами W и B. Для получения нуля запишем это значение в управляющий регистр, но вместо желаемого нуля получим сопротивление в 100 Ом. Почему? Дело в том, что каждый из контактов прибора имеет своё внутреннее сопротивление и в рассматриваемом случае оно равно 50 Ом, поэтому и минимальное значение, которое можно получить с помощью данного потенциометра равно не нулю, а ста Омам — сопротивлению контактов W и B. Записав в регистр единицу получим 50+50+39=139 Ом.

В общем случае вычислить сопротивление между выводами W и B в зависимости от значения регистра D можно по формуле:

где:

• D — значение регистра от 0 до 255
• Rab — номинальное сопротивление
• Rw — сопротивление одного контакта

Нетрудно догадаться что сопротивление между выводами W и А вычисляется как

Интерфейсы подключения.

Рассмотрим теперь функциональную диаграмму всего устройства, имеющего интерфейс I2C.

Тут некоторые вопросы может вызвать только вывод AD0. Он предназначен для возможности применения в одном канале I2C одновременно двух потенциометров. В зависимости от того, находится ли на нём логический ноль или единица, меняется адрес устройства на шине I2C. Схема подключения двух микросхем на одну шину показана ниже.

Кроме интерфейса I2C, для управления данными приборами часто используется SPI интерфейс. В этом случае также существует возможность управления несколькими устройствами по одной шине. Для этого они объединяются в цепочку. Например так:

В данном режиме буферный регистр записи значений работает как сдвиговый. Каждый новый бит поступает на вход DIN и по стробу с SCLK записывается в его младший разряд. Одновременно бит старшего разряда выходит наружу через вывод SDO и переходит в следующий прибор в цепочке. После того, как записана информация во все устройства, поступает импульс стробирования SYNC, по которому новые значения регистров всех приборов входящих в цепочку перезаписывается из буферного в рабочий регистрор. Очевидный недостаток подобного решения — не существует способа записать информацию в отдельно взятый прибор. Для любого изменения значений требуется обновить содержание регистров во всей цепочке.

Для решения подобного рода проблем, а так же экономии конечной цены решения изготавливают микросхемы, включающие в свой состав два, четыре и даже 6 цифровых сопротивлений одновременно.

Рабочие напряжение и ток

Пожалуй, самым существенным недостатком первых разработок было ограниченное напряжение, допустимое на выводах. Оно не должно превышать напряжения питания которое могло лежать в диапазоне от 2.7 до 5.5В, а главное не могло уходить в отрицательную область, из-за чего применение микросхем ограничивалось устройствами с однополярным питанием. Первым делом инженеры решили проблему двуполярности. Так появились приборы, способные работать как от однополярного напряжения вплоть до 5,5 Вольт, так и поддерживающие режим двуполярного питания вплоть до ± 2.75В. Затем стали появляться версии с максимальным питанием ±5.5 и даже ±16,5(до 33 вольт однополярного у AD5291/5292). Конечно по этому параметру традиционные сопротивления до сих пор сильно выигрывают, но для подавляющего большинства схем и 33 вольт вполне достаточно.

Тем не менее, какое бы максимальное напряжение не поддерживал прибор, в случае если имеется возможность его выхода за пределы допустимого, следует применить хотя бы простейшую защиту с помощью диодов или супрессоров.

Ещё одной серьёзной проблемой является низкий максимальный рабочий ток цифровых сопротивлений, который обусловлен в первую очередь их малыми размерами. Без риска деградации с течением времени средний постоянный ток для большинства моделей не должен превышать 3 мА. В случае, если протекающий ток имеет импульсный характер, его максимальное значение может быть выше.

Борьба за точность. Технология управляемого хаоса

К сожалению, существующая технология изготовления допускает возможность отклонения сопротивления интегральных резисторов, применяемыx в цифровых сопротивлениях, вплоть до 20 процентов от номинала. Однако, внутри одной партии и тем более одного конкретного прибора разница сопротивлений не превышает 0.1%. Для того, чтобы повысить точность установки, производитель стал измерять сопротивление резисторов как минимум на каждой пластине и прописывать в энергонезависимую память каждой из микросхем не номинальное, а реальное сопротивление, которое получилось в ходе производства, с точностью до 0.01 процента. Подобный механизм позволяет в частности в микросхемах AD5229/5235 вычислить реальную точность установки сопротивления c погрешностью недостижимой даже в многооборотных подстроечных резисторах — 0.01 процент. Основываясь на этом можно скорректировать операцию декодирования цифрового кода в сопротивление. Предположим, что элементарное сопротивление имеет значение 100 Ом. Тогда, чтобы выставить сопротивление в 1K вы устанавливаете в цифровом регистре 10. Но если в реальном приборе сопротивления имеют отклонение от номинала в большую сторону и равны 110 Ом, то при уровне 10 вы получите 1,1K. Однако, считав реальное значение сопротивления микроконтроллер может пересчитать код и подаст в действительности на дешифратор вместо десяти код 9. Тогда мы получим в реальности 9*110= 990 Ом.

Кроме этого, AD запатентовала технологию калибровки значения сопротивлений с точностью 1%. К сожалению, я так и не смог найти информации каков её механизм работы.

Для увеличения дискретности установки сопротивления были разработаны приборы с 10 битным дешифратором, обеспечивающие 1024 шага регулировки. Дальнейшее увеличение этого параметра можно достичь используя последовательное или параллельное соединение двух цифровых сопротивлений с разным номиналом.

Температурная стабильность

Тут всё совсем не плохо. Применение резисторов, изготавливаемых по плёночным технологиям позволяет достичь уровня дрейфа не превышающего 35ppm/°C (0,0035%). Существуют приборы с термокомпенсацией, температурный дрейф которых находится на уровне 10ppm/°C. По этому параметру цифровые сопротивления превосходят многие движковые аналоги. Для приложений, в которых данный параметр не актуален, можно выбирать более дешёвые приборы с полупроводниковыми резисторами у которых дрейф находится на уровне 600 ppm/°C.

Рабочий температурный диапазон большинства приборов от ADI находится в пределах от -40°C до +125°C, что достаточно для подавляющего большинства приложений.

Ряд доступных сопротивлений.

Конечно, тут не наблюдается такого разнообразия как у традиционных движковых резисторов, тем не менее есть из чего выбрать. Таблица ниже иллюстрирует зависимость доступных сопротивлений от разрядности прибора.

Искажение сигнала

Основные искажения, сигнала вносимые цифровыми усилителями можно разделить на два класса.

• Гармонические искажения или на западный манер total harmonic distortion (THD).

Эти искажения возрастают с увеличением приложенного напряжения. Получить представление о их типичных значениях можно из следующей таблицы, составленной для микросхем AD9252…

В отдельных случаях этот вид искажений может возрастать до -60 dB

• Искажения вызванные нелинейностью АЧХ.

Контактные площадки, электронные ключи и сами элементарные сопротивления имеют конечную паразитную ёмкость. В результате цифровые сопротивления являются своеобразным фильтром ФНЧ и на высоких частотах их сопротивление сигналу увеличивается.

Влияние этого эффекта возрастает с увеличением сопротивления прибора. В таблице ниже показано на какой частоте наблюдается ослабление сигнала на 3 децибела для разных сопротивлений разных номиналов.

Для большей наглядности приведу ещё графики зависимости передачи сигнала от установленного уровня сопротивления для микросхем AD5291 с разными номиналами 20 и 100 килоом.

Таким образом, получается что чем выше номинал сопротивления, тем ниже его рабочая частота.

“Фишечки” эволюции

Производители пытаются сделать работу с прибором наиболее комфортной, изобретая разные приятные мелочи. В результате цифровые сопротивления обзавелись внутренней энергонезависимой памятью, как однократно, так и многократно программируемой.

Главное её предназначение — хранения начального значения сопротивления, которое автоматически устанавливается сразу после включения питания. Первые модели электронных резисторов устанавливались при подаче питания в среднее положение, потом появилась дополнительная ножка для сброса в ноль, затем уровень стало можно задавать с помощью записанного в память значения. В наиболее продвинутых моделях в память можно записать несколько предустановленных значений, между которыми потом пользователь может быстро переключаться нажатием кнопок.

Кстати о кнопках — в некоторых моделях добавили две кнопочки для пошагового увеличения / уменьшения сопротивления.

Кроме этого, появился интерфейс для подключения энкодеров.

Что бы ещё улучшить?

Можно пофантазировать в каком направлении будет развиваться прогресс в производстве цифровых сопротивлений.

Для достижения большей точности может измениться система коммутации.

Например, добавив в традиционную схему всего одно сопротивление в параллельном включении, ну хорошо, два. Ещё одно в верхнее плечо для симметрии — можно увеличить точность установки сопротивлений в два раза! Объединение же в одной корпусе двух приборов даст возможность увеличения дискретности и точности в несколько раз.

Введение в корпус простейшего микроконтроллера, управляющего дишифратором позволит на основе реального значения полученных сопротивлений создать программу переключения для установки сопротивления прибора с очень большой точностью — 0.1% и выше. Интегрировав в такие приборы датчик температуры можно ввести компенсацию для сохранения линейности в очень широком температурном диапазоне. Возможно появление аналогов частотнокомпенсированных сопротивлений для HiFi аппаратуры, которые будут представлять из себя несколько сопротивлений в одном корпусе. Одно из них будет использоваться для регулировки уровня громкости, а другие для частотной компенсации.

Области применения

Конкретные схемотехнические решения на основе цифровых сопротивлений я приведу в следующей части статьи, пока же просто рассмотрим области применения.

Конечно, прежде всего приходит на ум усилители с регулируемым коэффициентом усиления.

В результате повышения точности установки значений, стало возможным применение электронных сопротивления в схемах управления уровнем усиления инструментальных усилителей.

Автоматическое или программное изменение контрастности жидкокристаллического индикатора можно организовать с помощью электронного сопротивления номиналом 10 Килоом.

На основе цифровых сопротивлений легко реализовывать управляемые фильтры. Фильтры высоких порядков часто требуют по несколько задающих резисторов одинаковых номиналов. Это очень удобно реализовать с помощью приборов, содержащих несколько сопротивлений в одном корпусе, поскольку в этом случае мы получаем отличную повторяемость. На рисунке приведена упрощённая схема простейшего управляемого ФНЧ.

Логарифмический усилитель, со сравнительно высоким напряжением питания, на основе AD5292.

Программно управляемый стабилизатор напряжения.

Линейный ряд от ADI

В заключении приведу полную список доступных на сегодня электронных потенциометров от компании Analog Devices. При этом следует отметить, что подобные приборы выпускает далеко не только эта фирма. Например, MAXIM также давно делает неплохие микросхемы.

Для начала приборы, которые не поддерживают программирование пользователем.

В заключении программируемые приборы. При выбора конкретной модели стоит обращать внимание на то что они бывают как однократно программируемыми, так и поддерживающими репрограммирование. Причём большое количество циклов обеспечивают только микросхемы с памятью выполненной по технологии EEPROM.

На этом заканчиваю обзор. Следующая статья будет посвящена рассмотрению практических схем с применением цифровых сопротивлений.

P.S. Так получилось, что уже вышлаещё одна статья из этой серии и в ней пример всего один, зато подробно разобранный. Для остальных обещанных примеров придётся писать третью.

Цифровые потенциометры | Радиолюбительские схемы

Цифровые потенциометры выполняют функцию регулирования, аналогичную той, что выполняет обычный потенциометр с механическим управлением.

Сопротивление электронного регулятора изменяется дискретно (ступенчато) при подаче тактового импульса на счетный вход CLK микросхемы, а увеличение или уменьшение сопротивления определяется уровнем сигнала на входе UP/DOWN.

Помимо электронных аналогов многопозиционных механических переключателей, предназначенных для коммутации ограниченного количества электрических цепей, в последние годы появились и электронные аналоги механически управляемых (переменных) сопротивлений — электронные реостаты и потенциометры. Эти приборы, в отличие от механических аналогов, более компактны, надежны, имеют меньший уровень собственных шумов, допускают возможность одновременного дистанционного управления неограниченного числа регулировочных элементов. Пример использования вы можете видеть на рисунке выше.

В упрощенном виде электронные реостаты и потенциометры содержат набор (линейку) последовательно соединенных резисторов, коммутируемых электронными КМОП-ключами. Ключи эти обычно управляются:

• либо подаваемым извне цифровым кодом;
• либо формируемым непосредственно в микросхеме в зависимости от продолжительности подачи управляющего сигнала «вверх» или «вниз» на выводы управления, предназначенные для подключения к кнопкам управления или к источникам внешних управляющих сигналов «цифрового» уровня 1/0.

Примечание

Особенностью цифровых электронных реостатов и потенциометров является то, что изменение их электрического сопротивления осуществляется дискретно с заданным шагом по линейному, логарифмическому или иному, заданному пользователем, закону. Количество таких шагов обычно кратно двум, например, 32, 64, 128, 256 и т. д. При отключении/включении питания установленный до отключения на электронном потенциометре уровень (положение среднего вывода) запоминается.

Электронные потенциометры используют в технике связи, телевидении, персональных компьютерах, производственной и бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Такие потенциометры применяют для узлов электронной настройки, многоканальной регулировки громкости/тембра звуковоспроизводящей аппаратуры, в системах автоматической регулировки усиления, перестраиваемых многозвенных фильтрах, схемах управления параметрами дисплеев и т. д.

Примечание.

Применение цифровых электронных потенциометров и реостатов при их работе на переменном токе ограничено областью рабочих частот, в пределах которой сигнал после прохождения через такой регулятор ослабляется не более чем на 3 дБ. Кроме того, поскольку в состав регуляторов входят нелинейные полупроводниковые элементы, повышается уровень нелинейных искажений. Этот уровень заметно возрастает при понижении напряжения питания микросхемы регулятора. Если в составе электронного устройства содержится несколько электронных потенциометров и реостатов, негативные последствия от их совместного использования суммируются.

Цифровые электронные реостаты и потенциометры фирмы Dallas Semiconductor (DS) — Maxim, например, DS1668 выпускаются с интерфейсом ручного управления (в виде кнопки) или в виде традиционной интегральной микросхемы — DS1669.

Рис.1 Расположение выводов микросхемы DS1669:

R_H — верхний; R_W — средний; R_L— нижний вывод потенциометра; +V,-V — питание; UC—вход управления перемещением вверх; DC — вниз

Эти микросхемы однотипны, имеют 64 ступени изменения сопротивления и выпускаются в стандартных номиналах 10, 50 и 100 кОм.

Типовые примеры управления электронными потенциометрами DS1669 при помощи одной или двух кнопок приведены на рис. 2 и рис. 3.

Рис.2. Типовая схема включения цифрового электронного потенциометра DS 1669 с однокнопочным управлением

Рис.3. Типовая схема включения цифрового электронного потенциометра DS1669 с двухкнопочным управлением

Приведу далее сведения по основным разновидностям современных цифровых потенциометров.

DS1267 — двухканальный линейный цифровой потенциометр на номинал 10, 50 или 100 кОм. Имеет 256 позиций положения движка с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 5(±5) В.

DS1666 — цифровой потенциометр, предназначенный для устройств звуковоспроизведения. Он имеет логарифмическую шкалу и 128 точек позиционирования. Напряжение питания 5 В. Значения сопротивлений резистивной матрицы может быть 10, 50, 100 кОм. Затухание сигнала с амплитудой до 5 В на уровне -3 дБ на частотах 1,1; 0,2 и 0,1 МГц, соответственно.

DS1667 — представляет собой сдвоенный цифровой потенциометр. Микросхема содержит также два широкополосных операционных усилителя. Каждый потенциометр формируется из 256 элементов, резисторы могут складываться, что дает возможность получать единственный потенциометр на 512 элементов.

DS1802 — сдвоенные потенциометры, обеспечивают регулирование уровня громкости и/или тембра звукозаписи в проигрывателях компакт-дисков, звуковых платах (картах) и иных электронных устройствах. Эти потенциометры имеют логарифмическую характеристику регулировки сопротивления. Весь диапазон в 45 кОм разбит на 65 позиций с приращением шага в 1 дБ. Для управления потенциометром (потенциометрами) от центрального процессора или иных микросхем используют трехпроводный последовательный интерфейс. Потенциометрами можно управлять и при помощи обычных кнопок.

Помимо перечисленных, известны также микросхемы цифровых потенциометров:

DS1800 — сдвоенный цифровой линейный потенциометр на 128 позиций номиналом 50 кОм с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1801/DS1802 — сдвоенный цифровой потенциометр на 64 позиции, с логарифмической характеристикой, номиналом 50 кОм с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1803 — сдвоенный линейный цифровой потенциометр на 256 позиций, номиналом 10, 50 или 100 кОм с управлением по последовательному двухпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1804 — энергонезависимый линейный цифровой потенциометр, который имеет 100 позиционных отводов, номиналом 10, 50 или 100 кОм. Напряжение питания 3(5) В.

DS1805 — линейный цифровой потенциометр на 256 позиций номиналом 10, 50 или 100 кОм с управлением по последовательному двухпроводному интерфейсу. Напряжение питания 3(5) В.

DS1806 — линейный шестиканальный цифровой потенциометр на 64 позиции номиналом 10, 50 или 100 кОм с управлением по последовательному трехпроводному интерфейсу. Напряжение питания 2,7—5,5 В.

DS1807 — сдвоенный цифровой потенциометр на 64 позиции каждый, с логарифмической характеристикой изменения сопротивлений для регулирования уровня звуковых сигналов. Работает с двухпроводным последовательным интерфейсом. Программно можно объединить два потенциометра в один. Напряжение питания 3(5) В.

DS1808 — сдвоенный логарифмический цифровой потенциометр на 32 позиции, номинал 45 кОм. Двухпроводное управление. Напряжение питания +4,5; ±13,2 В.

DS1809 — цифровой потенциометр на 64 позиции. Управление кнопками «вверх»/»вниз». Предусмотрена функция (авто)сохранения установленного уровня. Значения сопротивлений резистивной матрицы может быть 10, 50, 100 кОм. Затухание сигнала с амплитудой до 5 В на уровне —3 дБ на частотах 1,0; 0,2 и 0,1 МГц, соответственно. Напряжение питания +4,5—5,5 В.

DS1844 — счетверенный линейный потенциометр на 64 позиции с двухпроводным интерфейсом номиналом 10, 50 или 100 кОм с двухпроводным интерфейсом. Напряжение питания 2,7—5,5 В.

DS1845 — сдвоенный линейный потенциометр на 256 позиций с двухпроводным интерфейсом. Напряжение питания 3(5) В.

DS1847 и DS1848 — температурно-компенсированные двойные линейные цифровые потенциометры на 256 позиций номиналом 10 или 50 кОм. Напряжение питания +3,0—5,5 В.

Помимо перечисленных, известны также цифровые потенциометры DS1854—DS1859y DS1866—DS1870, DS2890, DS3902, DS3903—DS3905, DS3930, DS4301 и др., сведения о которых можно почерпнуть из справочной литературы или на сайтах фирм-производителей. Отметим также в порядке сопоставления некоторые цифровые потенциометры иных фирм [24.2—24.4].

MAX5160/MAX5161 — линейный цифровой потенциометр фирмы MAXIM-DALLAS на 32 позиции, номиналы 50,100,200 кОм. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В. Трехпроводный интерфейс.

МАХ5400—МАХ5405 — линейные цифровые потенциометры на 256 позиции. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В.

MAX5407 — цифровой потенциометр на 32 позиции с логарифмической шкалой, номинал 20 кОм. Область рабочих частот до 500 кГц. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В.

MAX5408—MAX5411 — сдвоенные цифровые потенциометры на 32 позиции с логарифмической шкалой, номинал 10 кОм. Напряжение питания 6т 2,7 до 3,6 В для MAX5408, MAX5409 и от 4,5 до 5,5 В для MAX5410, MAX5411.

MAX5413—MAX5415 — сдвоенные линейные цифровые потенциометры на 256 позиций, номинал, соответственно, 10, 50 и 100 кОм. Напряжение питания от 2,7 до 5,5 В.

Кроме перечисленных в линейке подобных изделий этой фирмы можно назвать микросхемы MAX5417—MAX5439, MAX5450—MAX5457, MAX5460—MAX5468, MAX5471—MAX5472, MAX5474—MAX5475, MAX5477—MAX5479, MAX5481—MAX5484, MAX5487— MAX5492 и др., каждая, из которых имеет индивидуальные отличия и развивает области применения цифровых потенциометров и способов их управления.

Так, например:

MAX5471, MAX5472, MAXS474, MAX5475 — энергонезависимые 32-х позиционные линейные цифровые потенциометры с последовательным трехпроводным интерфейсом. MAX5471/MAX5474 имеют сопротивление 50 кОм, a MAX5472/MAX5475 — 100 кОм. Напряжение питания от 2,7 до 5,25 В.

Упомянем также для сравнения некоторые цифровые потенциометры фирмы Analog Device [24.3].

AD5200/AD5201 — цифровые потенциометры номиналами 10,50 кОм на 256 и 33 позиции, соответственно.

AD5231/AD5235 — цифровые потенциометры на 1024 позиции.

AD5232 — цифровой двухканальный потенциометр на 256 позиций.

AD5234 — цифровой четырехканальный потенциометр на 64 позиции.

AD5291/AD5292 — цифровые потенциометры на 256/1024 позиции на номинал 20,50,100 кОм.

AD7376 — цифровой потенциометр на 128 позиций на номинал 10, 50, 100,1000 кОм.

AD8400/AD8402/AD8403 — 1, 2 или 4-х канальные цифровые потенциометры на 1,10,50 или 100 кОм, 256 позиций, с трехпроводным интерфейсом.

Цифровые программируемые потенциометры фирмы ON Semiconductor САТ5270 и САТ5271 — двухканальные цифровые потенциометры на 50 и 100 кОм для точной настройки с 256 ступенями регулирования и интерфейсом 12С.

Цифровые программируемые потенциометры фирмы Catalyst Semiconductor САТ5111 и САТ5113 [24.4] на 100 позиций при напряжении питания 2,5—6,0 В потребляют ток 0,1 мА.

Рис.4. Эквивалентная схема электронного аттенюатора МС3340

Несколько иной принцип работы у другого управляемого извне прибора — электронного аттенюатора. Пример практической реализации одного из них — МС3340 фирмы Motorola приведен на рис. 4. Аттенюатор позволяет осуществлять дистанционное или непосредственное управление коэффициентом передачи (ослабления) сигнала до 80 дБ в полосе частот до 1 МГц. Напряжение питания аттенюатора — 9—18(20) В. Максимальное напряжение входного сигнала — до 0,5 В.

Типовая схема использования электронного аттенюатора МС3340 приведена на рис.5.

Рис.5. Типовая схема включения электронного аттенюатора МС3340

Примечание.

Особое положение в ряду электрически регулируемых пассивных элементов занимает специализированная микросхема МАХ1474с электрически переключаемыми конденсаторами— аналог миниатюрного конденсатора переменной емкости, рис. 6.

Применение такой микросхемы вместо традиционных варикапов или конденсаторов переменной емкости предпочтительнее ввиду идентичности емкостных параметров микросхемы, синхронности изменения емкости при одновременном использовании нескольких аналогов управляемых конденсаторов, лучшей температурной стабильности.

Примечание.

Возможная область применения микросхем с электрически переключаемыми конденсаторами— синхронная настройка колебательных контуров входных цепей радиоприемных устройств, фильтров промежуточной и иной частоты.

Управление батареей конденсаторов от встроенной схемы управления позволяет ступенчато с минимальным шагом в 0,22 пФ менять в 32 ступени ее емкость в пределах от 6,4 до 13,3 пФ на выводе СР относительно общего провода при заземленном выводе СМ.

Возможна эксплуатация конденсаторной батареи при подключении ее через выводы СР и СМ с изменением емкости в пределах от 0,42 до 10,9 пФ с шагом 0,34 пФ. Температурный коэффициент емкости управляемого конденсатора равен 3,3*10^-5 1/град.

Напряжение питания микросхемы 2,7—5,5 В при потребляемом токе 10 мкА. Микросхему можно применять до частот в несколько сотен мегагерц. Так, эквивалентная добротность контура порядка 100 на частотах ниже 20 МГц падает с ростом частоты до 359 МГц в 10 раз.

Микросхемы МАХ1474 можно применять в узлах электронной настройки, в емкостных аттенюаторах, в генераторах и других радиоэлектронных устройствах.

Похожие радиосхемы и статьи:

Цифровой потенциометр на AD5116 от Analog Devices. Схема, характеристики, применение

Потенциометры, хотя и необходимы в аналоговых цепях, но они постепенно уходят в прошлое. На смену им приходят цифровые решения. В этой статье представляем модуль — цифровой регулятор напряжения, построенный на кнопочном энергонезависимом цифровом потенциометре AD5116 от Analog Devices.

Микромодуль построен на специализированном одноканальном потенциометре из семейства аналоговых устройств AD511x.

Внутренняя схема микросхемы.

В зависимости от типа, данные потенциометры могут управляться через шину I2C (например, совместно с Arduino) или двумя кнопками в режиме ВВЕРХ/ВНИЗ. Существуют несколько значений сопротивления (5/10/80 кОм) и различное количество шагов изменения сопротивления (32/64/128).

Характеристики AD5116

• Отклонение от номинального сопротивления: ±8%
• Допустимый ток на выводах: ±6 мА
• Температурный коэффициент: 35 ppm/°C
• Ток потребления: 2,5 мкА макс. при 2,7 В и 125ºС
• Полоса пропускания: 4 МГц (для 5 кОм)
• Обновления EEPROM при включении питания: менее 50 мкс
• Стандартное время хранения данных: 50 лет при температуре 125ºС
• Количество циклов записи: 1 млн.
• Напряжение питания 2,3…5,5 В
• Встроенная адаптивная система антидребезга контактов
• Корпус: 8-выводной корпус LFCSP
• Диапазон рабочих температур: от −40°C до +125°C

Области применения AD5116

• Замена аналоговых (механических) потенциометров
• Регулировка уровня в мобильных электронных устройствах
• Регулировка уровня громкости
• Резисторы обратной связи в программируемых источниках питания
• Регулирование контрастности и яркости светодиодных лент
• Калибровка датчиков
• Программируемые фильтры, задержки и временные константы
• Программируемое преобразование напряжения в ток

Распиновка AD5116 и размеры

Каждый потенциометр имеет энергонезависимую память, в которой хранятся настройки «ползунка» после выключения питания. Срок хранения данных составляет 50 лет при 1 миллионе циклов.

Схема модуля показана на следующем рисунке. Модуль собран на микросхеме AD5116BCPZ10 с сопротивлением 10 кОм с 64 шагами регулировки. Для его правильной работы требуются только развязывающий конденсатор C1 и кнопки PD/PU.

Hantek 2000 — осциллограф 3 в 1

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц….

Кнопки, подключенные к входам DD1, контролируют положение ползунка, при более длительном удержание кнопки происходит быстрое изменение сопротивления в выбранном направлении.

Выводы потенциометра помечены как A/W/B. Крайние клеммы A и B подключены к источнику питания и массе модуля. Вывод с обозначением W имеет напряжение, пропорциональное его положению, и подключен к выходу модуля с обозначением OUT.

Вывод ASE отвечает за сигнализацию о достижении верхнего или нижнего предела регулировки. Изменение положения ползунка автоматически сохраняется, если кнопки не были нажаты по крайней мере в течении секунды.

Схема работает корректно с источником питания 2,3…5,5 В.

Цифровой переменный резистор MCP41XXX/42XXX с интерфейсом SPI | hardware

Микросхемы MCP41XXX/MCP42XXX компании Microschip это электронный переменный резистор, управляемый последовательными данными через интерфейс SPI. У него может быть 1 или 2 канала и дополнительные входы для сброса, выключения, а также цифровой выход для каскадирования таких устройств в цепочку по данным управления (количество каналов и наличие дополнительных выводов зависит от типа корпуса устройства).

Примечание: здесь дан перевод даташита [1] с акцентом на программирование и применение. Таблицы с электрическими, предельно допустимыми параметрами и параметрами диаграмм времени см. в оригинальном даташите.

[Основные возможности цифрового потенциометра]

• У каждого канала потенциометра имеется 256 положений «движка».
• Значения сопротивления могут быть 10 kΩ, 50 kΩ и 100 kΩ.
• Есть одноканальные и двухканальные версии микросхемы.
• Последовательный интерфейс SPI (режимы 0,0 и 1,1).
• Интегральная нелинейность (INL) дифференциальная нелинейность (DNL) составляют ±1 вес младшего разряда (LSB).
• Применена технологий Low power CMOS, в статическом режиме ток потребления составляет максимум 1 μA.
• Несколько микросхем могут быть соединены в одну цепочку каскадирования по передаче данных.
• Одно напряжение питания (2.7 .. 5.5V).
• Индустриальное исполнение для диапазона температур: -40° .. +85°C.
• Расширенный температурный диапазон: -40° .. +125°C.
• Функция выключения открывают схемы для всех резисторов для максимальной экономии энергии питания.

Только для двухканальных версий MCP42XXX:

• Аппаратные выводы выключения ~SHDN, сброса ~RS и выхода данных SO.

Версии MCP41XXX являются одноканальными устройствами, поставляемыми в 8-выводных корпусах PDIP или SOIC. Версии MCP42XXX содержат 2 независимых канала в 14-выводных корпусах PDIP, SOIC или TSSOP. Позиция «движка» резисторов MCP41XXX/42XXX меняется по линейному закону и под управлением стандартного интерфейса SPI. Функция выключения (shutdown), активируемая программно, работает таким образом, что вывод A переменного резистора отключается, и одновременно «движок» W подсоединяется к выводу B. Дополнительно двухканальные версии электронного потенциометра MCP42XXX имеют вывод ~SHDN, который выполняет ту же функцию, но аппаратно. Во время режима shutdown содержимое регистра положения движка может быть изменено, и тогда потенциометр вернется из состояния shutdown в новое положение движка.

Движок сбрасывается в среднюю позицию 80h после включения питания. Вывод ~RS (reset, сброс, доступен только в двухканальных версиях MCP42XXX) реализует аппаратный сброс, возвращая движок резистора в среднее положение.

Интерфейс SPI микросхем версий MCP42XXX имеет 2 сигнала SI и SO (вход и выход), позволяя каскадировать последовательно несколько устройств.

Сопротивления каналов MCP42XXX отличаются не больше, чем на 1%.

Цоколевка корпусов PDIP8, SOIC8:

Цоколевка корпусов PDIP14, SOIC14, TSSOP14:

[Описание выводов]

Имя	Описание
PB0, PB1	Вывод B потенциометра. Клемма переменного резистора, которая обычно при использовании подключается к земле.
PA0, PA1	Вывод A потенциометра. Клемма переменного резистора, на которую обычно подается регулируемый сигнал.
PW0, PW1	«Движок» потенциометра/переменного резистора.
~CS	Это вывод входа для выборки порта SPI (chip select), который используется для загрузки команды и данных в регистр сдвига и копирования загруженных данных в из регистра сдвига в регистр (или регистры) потенциометра (потенциометров). Сигнал этого вывода проходит через триггер Шмитта.
SCK	Это вывод входа тактов порта SPI, и он используется для последовательной загрузки в микросхему команды и данных. Данные вдвигаются в вывод SI по положительному перепаду SCK (0 -> 1), и выходят наружу через вывод SO по отрицательному перепаду SCK (1 -> 0). Этот вывод активизируется сигналов вывода ~CS (например, микросхема почти не потребляет ток, если вывод SCK переключается, когда на выводе ~CS уровень лог. 1). Сигнал с вывода SCK проходит через триггер Шмитта.
SI	Это вход для поступления последовательных данных порта SPI. Байты команды и данных вдвигаются в регистр сдвига через этот вывод. Действие входа SI управляется сигналом вывода ~CS (микросхема не потребляет ток и не реагирует на входные данные, когда они меняются на выводе SI, если вывод ~CS находится в лог. 1). Сигнал на вывод SI проходит через триггер Шмитта.
SO	Это выход последовательных данных порта SPI, предназначенный для соединения нескольких микросхем в цепочку. Данные выдвигаются наружу через вывод SO по спаду сигнала тактов SCK. Выход SO является двухтактным, и он не переходит в третье состояние, когда на входе ~CS лог. 1. Если на ~CS лог. 1, то на выходе SO будет лог. 0.
~RS	Это вход сброса, который переводит состояние потенциометров в среднее положение (код 80h), если на этом выводе появился лог. 0 на время как минимум 150 нс. Этот вывод не переключается в лог. 0, когда ~CS переключается в лог. 0. Можно переключить вход сброса, когда ~SHDN находится в лог. 0. Чтобы снизить потребление тока, вход сброса должен быть подтянут к лог. 1 через резистор pull-up. Производительность этой схемы показана на рис. 2-12 даташита [1]. Этот вывод будет потреблять нежелательный ток, когда находится на уровне между лог. 0 и лог. 1, поэтому не оставляйте вход сброса в подвешенном состоянии.
~SHDN	Это аппаратный вход выключения, снабженный триггером Шмитта. Если перевести этот вывод в лог. 0, то микросхема перейдет в энергосберегающий режим, в котором вывод A переменных резисторов отключается, а выводы B и W замыкаются друг на друга. Вход ~SHDN не должен переходить в лог. 0, когда вывод ~CS находится в лог. 0. Чтобы минимизировать потребление энергии, этот вывод должен иметь верхнюю подтяжку (резистор pull-up). Производительность этой схемы показана на рис. 2-12 даташита [1]. Этот вывод будет потреблять нежелательный ток, когда находится на уровне между лог. 0 и лог. 1, поэтому не оставляйте вход сброса в подвешенном состоянии.
VSS	GND, земля, минус питания и общий провод для всех цифровых сигналов.
VDD	+ питания.

[4.0. Информация по применению]

Устройства MCP41XXX/MCP42XXX это одноканальные и двухканальные потенциометры с 256 положениями, которые можно использовать вместо обычных механических. Доступны номиналы 10 кОм, 50 кОм и 100 кОм. Как показано на рис. 4-1, каждый потенциометр построен из как массив переключаемых резисторов, управляемый 8-битным (отсюда 256 позиций) регистром данных, который определяет положение «движка». Номинальное сопротивление движка составляет 52 Ом для 10 кОм версии, 125 Ом для 50 кОм версии и 100 кОм версии. Для двухканальных устройств различия по сопротивлению между каналами составляет не более 1%. Сопротивление между движком и любым из крайних выводов резистора линейно меняется в зависимости от значения, сохраненное в регистре данных. Код 00h соединяет движок W с выводом B. После включения питания все регистры данных автоматически загружаются средним значением (80h). Последовательный интерфейс предоставляет способ загрузить данные в регистр сдвига, после чего переместить их в регистры данных. Последовательный интерфейс также позволяет перевести отдельные потенциометры в режим выключения (shutdown mode) для минимизации потребления энергии. Вывод ~SHDN может также может использоваться для перевода всех потенциометров в shutdown mode (программно можно задавать shutdown mode индивидуально для каждого из потенциометров), и предоставляется вывод ~RS для установки потенциометров в среднее положение mid-scale (80h).

Shutdown отключает вывод A и подключает движок W к выводу B, без изменения состояния регистров данных.

Когда разводится печатная плата с использованием цифровых потенциометров, должны использоваться блокирующие конденсаторы. Они должны быть подключены максимально близко к выводам питания микросхемы. Рекомендуется использовать конденсатор номиналом 0.1 мкФ. Цифровые и аналоговые проводники должны быть максимально удалены друг от друга на плате, желательно, чтобы не было проводников под корпусом микросхемы или под корпусом конденсатора. Особое внимание должно быть уделено проводникам с высокочастотными сигналами (такие как сигналы тактов), чтобы они как можно дальше проходили от проводников с аналоговыми сигналами. Использование аналоговой заливки рекомендуется, чтобы удерживать потенциал земли одинаковым для всех устройств на плате.

4.1. Режимы работы. Приложения с цифровым потенциометром можно поделить на 2 категории: режим реостата и потенциометра, или режим делителя напряжения.

4.1.1. Режим реостатата. В этом режиме потенциометр используется как двухвыводный резистивный элемент (переменный резистор). Не используемый вывод должен быть соединен с движком, как показано на рис. 4-2. Обратите внимание, что смена полярности выводов A и B не влияет на работу потенциометра в режиме реостата (смена полярности просто поменяет действие записываемых кодов).

Рис. 4-2. Конфигурация реостата с двумя выводами. Работает в схеме как переменный резистивный элемент, сопротивление которого меняется под управлением цифрового кода.

Использование устройства в этом режиме позволяет менять общее сопротивление между двумя узлами схемы. Общее измеренное сопротивление будет минимальным для кода 00h, когда движок W соединен с выводом A, и переместился к выводу B. Сопротивление при этом будет равно сопротивлению движка, что составит типично 52Ω для 10 kΩ устройств MCP4X010, 125Ω для 50 kΩ (MCP4X050) и 100 kΩ (MCP4X100) устройств. Для 10 kΩ устройства вес младшего разряда регулирования 39.0625Ω (если предположить общее сопротивление 10 kΩ). Сопротивление будет расти при увеличении кода, и будет максимальным 9985.94Ω для кода FFh. Движок никогда не будет соединен напрямую с точкой B стека резисторов.

В состоянии 00h общее сопротивление будет равно сопротивлению движка W. Чтобы избежать повреждения микросхемы следует ограничить ток через переменный цифровой резистор значением 1 mA.

Для двухканальных устройств разница сопротивления точек A и B между каналами составит меньше 1%. Однако между разными микросхемами несовпадение может составлять до 30%.

В режиме реостата сопротивление имеет положительный температурный коэффициент. Изменение сопротивление между движком и крайним выводом в зависимости от температуры показано на рис. 2-8 даташита [1]. Наибольшее изменение из-за температуры будут происходить для 6% кодов (в диапазоне 00h .. 0Fh) из-за того, что коэффициент сопротивления движка влияет на общее сопротивление. Для оставшихся кодов доминантным будет вклад температурного коэффициента массива резисторов R_AB, который обычно составляет 800 ppm/°C.

4.1.2. Режим потенциометра. В режиме потенциометра все 3 вывода устройства подключаются к разным точкам схемы. Это позволяет менять напряжение на движке (выходе) пропорционально коду. Этот режим иногда называют режимом делителя напряжения. Потенциометр используется для предоставления настраиваемого напряжения между двумя точками, как показано на рис. 4-3. Обратите внимание, что изменение полярности выводов A и B не влияет на работу (смена полярности просто поменяет действие записываемых кодов).

Рис. 4-3. Режим делителя напряжения (потенциометра).

В этой конфигурации соотношение внутреннего сопротивления определяется температурным коэффициентом устройства. Совпадение по температурному коэффициенту сопротивлений R_AB и R_WB составляет 1 ppm/°C (измерено для кода 80h). Для кодов с меньшими значениями температурный коэффициент движка будет доминировать. Рис. 2-3 даташита [1] показывает эффект температурного коэффициента движка. Выше младших кодов этот рисунок показывает, то 70% состояний даст температурный коэффициент меньше 5 ppm/°C. 30% состояний дадут ppm/°C меньше 1.

4.2. Типовые применения

4.2.1. Программируемые усилители с несимметричным выходом. Потенциометры часто используют для настройки уровней опорного напряжения или усиления. Схемы с программируемым усилением на основе цифровых потенциометров могут быть реализованы разными способами. Пример инвертирующего усилителя с одним источником питания показан на рис. 4-4. Из-за высокого входного сопротивления усилителя сопротивление движка не участвует в передаточной функции.

VOUT = -VIN * (RB/RA) + VREF * (1 + RB/RA)

Здесь:

     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Рис. 4-4. Инвертирующий программируемый усилитель с однополярным питанием.

Для не инвертирующего усилителя с однополярным питанием может быть использована схема на рис. 4-5.

VOUT = VIN * (1 + RB/RA)

Здесь:

     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Рис. 4-5. Не инвертирующий программируемый усилитель с однополярным питанием.

Чтобы эти схемы работали правильно, необходимо учесть некоторые моменты. Для линейной работы сигналы на входе и выходе не должны уходить за пределы уровней выводов VSS и VDD микросхемы потенциометра и не должны быть превышены пределы входных и выходных сигналов операционного усилителя. Схема на рис. 4-4 требует виртуальной земли или опорного напряжения для не инвертирующего усилителя. Для дополнительной информации обратитесь к апноуту 682 «Using Single-Supply Operational Amplifiers in Embedded Systems» (DS00682). При включении питания или поступления сигнала сброса (~RS), сопротивление установится в среднее положение, когда сопротивление плеч R_A и R_B равны. На основе передаточной функции схемы усиление составит 1. Когда код увеличивается, движок перемещается в сторону вывода A, и усиление увеличивается. Соответственно когда движок перемещается к выводу B, усиление уменьшается. Рис. 4-6 показывает эту зависимость. Обратите внимание на псевдо-логарифмическое усиление вокруг десятичного кода 128. По мене приближения движка к любому из выводов крутизна изменения усиления резко возрастает. Из-за несовпадения величин R_A и R_B для крайних старших и младших кодов малое изменение позиции движка очень сильно влияет на усиления. Как показано на рис. 4-3, рекомендуется использовать изменение коэффициента усиления в диапазоне от 0.1 до 10.

Рис. 4-6. Зависимость усиления от кода для схем инвертирующего и дифференциального усилителей.

4.2.2. Программируемый дифференциальный усилитель. Пример усилителя с дифференциальным входом, где используются цифровые потенциометры, показан на рис. 4-7. Для поддержки передаточной функции в оба канала резистора должны быть запрограммированы одинаковым кодом. Точное соответствие по сопротивлению между каналами сдвоенного резистора может быть использовано как достоинство для этой схемы. Эта схема покажет также стабильную работу в зависимости от температуры из-за низкого температурного коэффициента потенциометра. На рис. 4-6 также показана зависимость между усилением и кодом для этой схемы. Когда движок приближается к любому из выводов потенциометра, с каждым новым шагом усиление меняется очень значительно, поэтому рекомендуется менять коэффициент усиления в диапазоне между 0.1 и 10.

VOUT = (VA - VB) * RB/RA

Здесь:

     RAB*(256 – Dn)            RAB * Dn
RA = --------------       RB = --------
          256                     256
          
RAB = общее сопротивление канала
Dn = настройка движка (Dn = 0 .. 255)

Замечание: сопротивления каналов RAB должны быть одинаковые (каналы из одного корпуса MCP42XXX).

Рис. 4-7. Дифференциальный усилитель с однополярным питанием.

4.2.3. Программируемая подстройка смещения. Для приложений, где требуется только программируемое опорное напряжение, можно использовать схему на рис. 4-8. Эта схема показывает устройство, используемое в режиме потенциометра (делителя напряжения) с двумя дополнительными резисторами и буферным усилителем. Это создает линейную зависимость между выходным напряжением и программируемым кодом. Резисторы R1 и R2 могут использоваться для уменьшения или увеличения веса шага регулирования. Потенциометр в этом режиме работает стабильно при изменениях температуры. Температурная зависимость этой схемы показана на рис. 2-3 даташита [1]. Самые плохие показатели для температурной зависимости будут для нижних и верхних кодов из-за того, что начинает оказывать влияние сопротивление движка. R1 и R2 также используются для изменения границ напряжения, таким образом может быть снижена необходимость использования этих крайних кодов.

Рис. 4-8. Номиналы R1 и R2 меняют разрешающую способность схемы и пределы регулирования выходного напряжения.

4.3. Вычисление сопротивлений. Когда программируются настройки цифрового потенциометра, используются следующие выражения для получения сопротивлений. Код 00h соответствует крайнему положению движка максимально близко к выводу B, оставляя только сопротивление движка. Программирование кодов близко к FFh приближают движок к выводу A потенциометра. Выражения на рис. 4-9 могут использоваться для вычисления сопротивлений плеч.

RWA(Dn) = (RAB * (256 - Dn) / 256) + RW

RWB(Dn) = (RAB * Dn / 256) + RW

Здесь:

PA ножка A потенциометра
PB ножка B потенциометра
PW движок потенциометра
RWA сопротивление между выводом A и движком
RWB сопротивление между выводом B и движком
RAB общее сопротивление резистора (10 kΩ, 50 kΩ или 100 kΩ)
RW сопротивление движка
Dn 8-битное значение в регистре данных для потенциометра n

Рис. 4-9. Сопротивление плеч потенциометра является функцией кода. Следует заметить, что при использовании этих выражений для большинства схем усилителей с обратной связью (как на рис. 4-4 и 4-5) сопротивление движка можно опустить из-за высокого входного сопротивления усилителя.

Рис. 4-10 показывает пример вычислений для 10 kΩ потенциометра.

R = 10 kΩ
Код = C0h = 192
 

RWA(Dn) = (RAB * (256 - Dn) / 256) + RW
RWA(C0h) = (10kΩ * (256 - 192) / 256) + 52Ω = 2552Ω

RWB(Dn) = (RAB * Dn / 256) + RW
RWB(C0h) = (10kΩ * 192 / 256) + 52Ω = 7552Ω

Рис. 4-10. Пример расчетов сопротивления.

[5.0. Последовательный интерфейс]

Обмен данными между микроконтроллером и цифровым резистором MCP41XXX/42XXX осуществляется через последовательный интерфейс SPI. Этот интерфейс использует 3 команды:

1. Запись нового значения в регистр (регистры) данных потенциометра.
2. Перевод канала в низкопотребляющий режим выключения (low power shutdown mode).
3. Команда NOP (No Operation, пустая операция).

Выполнение любой команды происходит переводом сигнала ~CS в лог. 0, после чего вдвигается байт команды, за которым идет байт данных. Эти данные попадают в 16-битный регистр сдвига. Команда выполняется после того, как сигнал ~CS переводится в лог. 1. Данные вдвигаются через вывод SI по спаду тактов SCK, и выдвигаются на выход через вывод SO, см. рис. 5-1.

Примечание: не все микросхемы имеют вывод SO, это зависит от корпуса.

Рис. 5.1. Диаграмма сигналов для записи инструкций или данных в цифровой потенциометр.

Примечания к рис. 5-1: значения бит данных, помеченных крестиком X, не имеют значения. Всегда должно быть нацело поделенное на 16 количество тактов, когда сигнал ~CS находится в лог. 0, иначе команды не будут приняты устройством. Последовательный выход данных SO доступен только для двухканальной версии микросхемы MCP42XXX. Для одноканальной версии микросхемы MCP41XXX бит P1 не имеет значения.

Устройство отслеживает количество тактов (перепадов от 0 -> 1), пока сигнал ~CS находится в лог. 0, и оборвет все команды, если количество пришедших тактов не будет делиться нацело на 16.

5.1. Байт команды. Первый отправляемый байт всегда байт команды, за которым идет байт данных. Байт команды содержит 2 бита выбора команды и 2 бита выбора потенциометра. Содержимое не используемых бит игнорируется (биты ‘don’t care’, т. е. не имеет значения). Биты выбора команд суммарно описываются на рис. 5-2. Биты выбора команды C1 и C0 (биты 4:5) определяют, какая команда будет выполнена. Если биты команд оба 0 или 1, то будет выполнена команда NOP, как только загружены все 16 бит. Эта команда полезна в конфигурации, когда несколько микросхем соединены в цепочку. Когда биты команды 01, то будет выполнена команда с 8 битами, отправленными в байте данных. Данные будут записаны в потенциометр, определенный битами выбора потенциометра. Если биты команды 10, то будет выполнена команда shutdown на потенциометрах, определенных этими битами выбора потенциометра.

Для устройств MCP42XXX биты выбора потенциометра P1 и P0 (биты 0:1) определяют, на какие потенциометры действует команда. Соответствующая лог. 1 в позиции обозначает, что выполняется команда для этого потенциометра, в то время как лог. 0 обозначает, что команда не будет влиять на этот потенциометр (см. рис. 5-2).

D15	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8
X	X	C1	C0	X	X	P1	P2

Рис. 5-2. Формат байта команды.

Биты C1C0 задают команду:

C1	C0	Команда	Описание
0	0	None	Пустая команда (не будет выполнено никаких действий).
0	1	Write Data	В регистр данных выбранного потенциометра (определяется состоянием бит P1P0) будут записано 8 бит данных, которые идут за командой (D7..D0).
1	0	Shutdown	Потенциометры, выбранные битами P1P0, будут переведены в состояние «выключено» (Shutdown Mode). Биты данных (D7..D0) для этой команды не имеют значения.
1	1	None	Пустая команда (не будет выполнено никаких действий).

Биты P1P0 выбирают потенциометры:

P1	P0	Выбор канала потенциометров
0	0	Пустой выбор: команда не повлияет на состояние потенциометров.
0	1	Команда выполнится для потенциометра 0.
1	0	Команда выполнится для потенциометра 1.
1	1	Команда выполнится для обоих потенциометров.

5.2. Запись данных в регистры. Когда новые данные записаны в один или большее количество регистров данных потенциометра, за командой записи идет байт данных с новым значением. Команда выбирается битами C1C0, установленными в 01. Биты выбора потенциометра P1 и P0 позволяют новому значению записаться в potentiometer 0, potentiometer 1 (или в них оба) одной командой. Лог. 1 либо для P1, либо для P0 приведет к записи данных в соответствующий регистр данных потенциометра, и лог. 0 не окажет изменения, данные этого потенциометра не поменяется. См. суммарное описание формата команды на рис. 5-2.

5.3. Использование команды Shutdown. Команда shutdown позволяет перевести схему приложение в режим низкого потребления тока (power-saving mode). В этом режиме выводы отключены, и ножки потенциометра B и W замкнуты друг на друга. Эта команда выбирается, когда биты команды C1C0 установлены в 10. Биты выбора потенциометра P1 и P0 позволяют выключить каждый потенциометр независимо друг от друга. Если либо P1, либо P0 в лог. 1, то соответствующий потенциометр перейдет в режим shutdown. Лог. 0 для P1 или P0 не окажет эффекта. 8 бит данных, которые идут за командой, все еще нужны для передачи команды shutdown, но их содержимое не имеет значения. См. суммарное описание формата команды на рис. 5-2.

Как только определенный потенциометр вошел в режим shutdown, он будет оставаться в нем, пока не произойдет следующее:

• Новое значение записано в регистр данных потенциометра, при этом вывод ~SHDN должен быть в лог. 1. Устройство будет оставаться в режиме shutdown до перепада 0 -> на выводе ~CS, после чего устройство выйдет из режима shutdown, и новое значение будет записано в регистр (регистры) данных. Если вывод ~SHDN находится в лог. 0, когда принято новое значение, то регистры все-таки получат новое значение, но устройство останется в режиме shutdown. Этот сценарий подразумевает, что принята допустимая команда. Если принята недопустимая команда, то она будет игнорирована, и устройство останется в режиме shutdown.

Примечание: иногда у микросхемы нет вывода ~SHDN, тогда подразумевается, что он всегда находится в состоянии лог. 0. Это зависит от корпуса микросхемы — если корпус имеет 8 выводов, то нет не только вывода ~SHDN, но также нет выводов ~SHDN и сброса ~RS. Поэтому все, что написано дальше, к этим микросхемам не относиться.

Также можно использовать аппаратный вывод выключения (shutdown pin) и вывод сброса (reset pin) для вывода устройства из программно активированного режима выключения. Чтобы сделать это, сначала должен быть выдан импульс лог. 0 на выводе выборки. Для нескольких устройств использование общего вывод ~SHDN или RESET позволяет с помощью выборки перевести вывести из shutdown только нужную микросхему. См. рис. 1-3 диаграммы сигналов. С предварительной подачей импульса выборки может возникнуть одна из ситуаций для вывода устройства из программного shutdown:

• На выводе ~RS появляется импульс лог. 0 на время как минимум 150 нс, при этом ~SHDN должен быть в лог. 1. Если вывод ~SHDN в лог. 0, то регистры все еще будут установлены в среднее значение, но устройство останется в режиме shutdown. Это условие подразумевает, что ~CS находится в лог. 1, так как перевод вывода ~RS в лог. 0 при выводе ~CS в лог. 0 приведет к недопустимому состоянию, и результаты будут непредсказуемы.

• Перепад 0 -> 1 на выводе ~SHDN, который произошел после уровня лог. 0 как минимум 100 нс, когда вывод ~CS был в лог. 1. Переключение ~SHDN в лог. 0, когда ~CS в лог. 0 это недопустимое состояние, которое приведет к непредсказуемым результатам.

• Устройство выключено и потом снова включено.

Примечание: аппаратный вывод ~SHDN всегда переведет устройство в режим shutdown, независимо от того, переведен ли потенциометр в режим shutdown программной командой.

Когда устройство выключено, регистры данных устанавливаются в среднее значение (80h). Схема сброса при включении питания используется для гарантии, что после включения устройства оно окажется в известном состоянии.

5.8. Использование MCP41XXX/42XXX в SPI Mode 11. Можно работать с устройствами в режимах SPI 00 и 11. Разница между этими режимами только в том, что когда используется режим 11, такты остаются в режиме ожидания в состоянии лог. 1, в то время как в режиме 00 такты остаются в режиме ожидания в лог. 0. В обоих режима данные вдвигаются в устройство через вход SI по положительным перепадам SCK, и выдвигаются наружу через вывод SO по спадам уровня SCK. Операции с использованием режима 00 показаны на рис. 5-1. Пример на рис. 5-5 показывает режим 11.

Рис. 5-5. Диаграмма сигналов для работы в режиме SPI Mode 11.

[Ссылки]

1. MCP41XXX/42XXX Single/Dual Digital Potentiometer with SPI™ Interface site:microchip.com.
2. AD9833: программируемый генератор сигналов.

Что такое переменный цифровой резистор, простой ЦАП

Часто регулирующие устройства должны имитировать изменяющееся сопротивление, для чего можно использовать цифровой (наборный) резистор, сопротивление которого варьируется в широких пределах с малым шагом в соответствии с заданным цифровым сигналом. Есть программируемые интегральные цифровые потенциометры, которые помогают в решении данной задачи. Однако такие микросхемы сравнительно дороги и не всегда обладают нужными параметрами, поэтому их часто заменяют дискретными компонентами.

Схема, приведенная на рис. 1 позволяет имитировать переменный резистор, характеристики которого можно выбирать исходя из конкретных требований. Переключения выполняются с помощью контактов реле, что обеспечивает полную изоляцию управляющей (цифровой) части устройства от исполнительной (аналоговой).

Принцип работы схемы очень прост. В ней используется набор последовательно включенных резисторов, сопротивления которых при переходе от одного к другому изменяются путем умножения на 2, что соответствует изменению веса разрядов двоичного управляющего сигнала. Параллельно выводам каждого резистора подключен нормально замкнутый контакт реле, на обмотку которого подается цифровой сигнал соответствующего разряда.

Рис. 1. Переменный управляемый резистор

В состоянии покоя общее сопротивление равно нулю. Появление управляющего сигнала, соответствующего единице младшего разряда, размыкает контакт, шунтирующий первый резистор. В рассматриваемом примере на выходе появляется сопротивление 500 Ом. Включение второго реле, соответствующего следующему разряду двоичного сигнала (при отключении первого), дает на выходе сопротивление 1000 Ом. Дальнейшее увеличение двоичного слова на единицу (переход от 2 к 3 в десятичном коде) обеспечивает увеличение выходного сопротивления до 1500 Ом и т.д. Максимальное значение сопротивления составляет 7,5 кОм (все контакты разомкнуты), оно реализуется при подаче двоичного слова 0FH. Таким образом, получается переменный резистор 7,5 кОм с 16 дискретными значениями сопротивления с шагом 500 Ом.

Число разрядов и наименьшее сопротивление в наборе могут задаваться с учетом конкретных требований. Управление реле осуществляется с помощью дискретных транзисторов или микросхем. Подобный вариант схемы можно использовать в сочетании с двоичным счетчиком, реализующим счет вперед или назад, или с микроконтроллером. Очевидно, что при управлении с помощью механического реле выходное сопротивление будет изменяться сравнительно медленно.

как работает, схема, сборка своими руками

Потенциометр — это «делитель» напряжения или переменный резистор (ПР). В случае с цифровым его типом — это интегральная схема, регулирующая сопротивление и использующая для этого программу, в которой уже заданы шаги применяемого диапазона.

Цифровые и механические потенциометры: отличия

«Эволюция» резисторов не стоит на месте. Поэтому все реже в различных видах аппаратуры, начиная от любительского радио и заканчивая устройствами с ЖК-дисплеями, можно встретить механические варианты радиоэлементов. Им на смену пришли цифровые потенциометры.

Хотя пользователи отмечают, что функционал обычных резисторов и ЦП сопоставим, по техническим параметрам и надежности у последних потенциал намного выше.

ЦП и ПР — взаимозаменяемые резисторы с широкими разбегом сопротивления. Но есть у них и отличия:

• Механические потенциометры могут выдерживать большие нагрузки напряжения и успешно рассеивать мощность. Но со временем они изнашиваются, при этом их технические показатели ухудшаются. Связаны подобные изменения с особенностью конструкции ПР. Цифровым аналогам это не грозит, так как у них отсутствуют механические части, которые первыми подвергаются износу, разбалтываются или меняют форму.
• Механические резисторы очень чувствительны к встряскам и ударам, а их подвижный элемент со временем может окислиться, что также сказывается на сроке эксплуатации. ЦП состоит из нескольких микросхемных переключателей (КМОП), что делает его устойчивым к различным воздействиям — ударам, изменениям в окружающей среде, износу и другому.

Таким образом, вполне логично, что во все виды современных электронных устройств встраиваются цифровые потенциометры.

Что нужно учесть при выборе ЦП

При необходимости купить цифровой потенциометр следует знать, на какие его параметры обращать внимание. Среди них:

• Уровень входного сигнала (напряжение).
• Максимальный показатель мощности и тока.
• Импеданс (показатель полного сопротивления).
• Уровень разрешения.
• Количество каналов.
• Линейность сопротивления.
• Положение при включении.
• Наличие или отсутствие энергозависимой памяти.
• Интерфейс резистора.
• Размер устройства.

Отдавать предпочтение нужно тому ЦП, параметры которого больше всего подходят под конкретную задачу. Например, последний показатель крайне важен для приложений и схем, критически ограниченных по размеру. Хотя некоторые пользователи отмечают, что можно сделать подобный потенциометр своими руками, такая работа не стоит затраченного времени и сил. В продаже настолько большой выбор ЦП, да еще по доступной цене, что можно подобрать для любых целей и устройств.

Главные параметры ЦП

Самым важным показателем данного вида резистора является количество шагов, то есть коммутируемых отводов. Чаще всего оно соотносится к степени числа 2. Наиболее распространенными являются ЦП от 32 до 256 шагов.

Также при выборе устройства важным параметром считается полное сопротивление. В продаже чаще всего можно встретить резисторы с показателями 10 кОм, 50 кОм и 100 кОм.

Также нужно уделить внимание показателю максимального напряжения на выводах, в крайнем положении, посмотреть на уровень допустимого тока, нелинейность, температурный коэффициент и рассеивающую мощность.

Показатели устройств могут отличаться у разных производителей, так что подбирать лучше, исходя из потребностей аппаратуры, для которой они применяются. Ниже приведена таблица с параметрами, характеристиками и особенностями потенциометров.

Плюсы цифровых потенциометров

Если сравнивать механические или другие виды резисторов с цифровыми их аналогами, то у последних есть ряд преимуществ. Среди них:

• Цифровые потенциометры не содержат подвижные механические элементы, которые требуют специальной настройки и теряют точность при ударах.
• ЦП отличаются высокой надежностью. Им не страшна вибрация или шумовые волны.
• Цифровые резисторы успешно работают в условиях малого тока.
• Электронный потенциометр не имеет специальных отверстий для регулировки настроек, которые в обычных устройствах нужно открывать отверткой.
• ЦП быстро настраиваются.
• Отличаются точностью регулировки.
• При включении питания первоначально заданное положение ЦП может быть загружено из энергозависимой памяти.
• Можно использовать сразу несколько цифровых потенциометров, встроенных в один корпус. При этом относительное отклонение в показателях будет составлять не более 1 %.
• Габариты корпусов цифровых резисторов очень малы, что позволяет их применять в картах памяти для компьютеров, ноутбуков, телевизоров и другой аппаратуры, например, PCMCIA или аналогичных им. Чаще всего это тонкие малогабаритные корпуса (TSSOP) или SOT-23.
• Цена ЦП ниже лучших версий переменных резисторов.

Все эти параметры определяют выбор потребителей и производителей электронной техники в пользу цифровых потенциометров.

Наличие энергонезависимой памяти

Это очень важный параметр. Простые переменные резисторы после настройки сохраняют регулировочные параметры. У цифровых все обстоит иначе: как только происходит выключение, заданные настройки сбрасываются. При следующем подключении ЦП возвращается в положение, введенное изначально (заводские настройки, например). Первоначальные параметры зависят от типа резистора.

В системе с цифровым потенциометром часто устанавливается микропроцессор, способный загружать нужные для восстановления регулировок коды. При его отсутствии следует использовать резистор с энергозависимой памятью.

Эта встроенная функция позволяет единожды установить нужные параметры, а при последующих выключениях/включениях аппарата восстанавливать их. Сегодня большинство производителей, например, Catalyst или Xicor изготавливают ЦП исключительно с программируемой памятью.

Есть даже цифровые резисторы с возможностью запоминания до 4-х настроек, что весьма полезно, если устройство работает сразу в нескольких режимах или в условиях предустановки. Количество памяти может быть разным в зависимости от назначений ЦП. Так, резистор DS1845/46 обладает памятью 256 Б.

Разбег допустимых напряжений

Особенностью цифровых потенциометров является то, что их нельзя подключать к цепи, показатель которой выше допустимого для них напряжения. Этот параметр не должен выходить за рамки напряжения ЦП. Для большинства имеющихся на рынке цифровых резисторов он находится в диапазоне от 0 до 5 В. ЦП можно использовать лишь в цепях с таким же напряжением питания.

Правда, существуют варианты, напряжение на выводах которых больше, чем в питании. Так, электронный потенциометр X9312 имеет питание +5 В, но способен принять +15 В.

Также есть резисторы с двухполярным типом питания, например, ±5 В. Как отмечают некоторые пользователи, двухполярное питание при подаче управляющих сигналов относительно отрицательного напряжения, можно подавать и на обычный ЦП.

Зависимость от ТКС

Температурный коэффициент сопротивления — важный параметр. Он достаточно большого диапазона, так как резисторы изготавливаются из поликристаллического кремния, который обладает положительным ТКС. Абсолютное значение температурного коэффициента равен 300–800 ppm/град.

Его нужно учитывать, когда ЦП применяется в качестве делителя напряжения или трехполюсника, так как показатель первого обладает небольшим температурным коэффициентом — всего 20 ppm/град.

Возможные помехи

Они могут появиться в связи с тем, что в ЦП проникают посторонние сигналы с управляющих входов в цепь. Это происходит из-за наличия в них емкостей, например, между каналами или затвором полевого ключа.

Такие помехи практически незаметны там, где регулировка проводится редко, но, например, при установке силы громкости они нежелательны. Для устройств, в которых ЦП должны настраиваться, часто бывают нужны специальные электронные резисторы для устранения подобных помех, например, glitchless-регуляторы.

Сферы применения ЦП

Область использования цифровых потенциометров весьма широка и с каждым годом становится все больше, ведь появляются новые, более «продвинутые» резисторы. Ниже представлены самые распространенные сферы применения ЦП:

• В цифровых (электронных) усилителях. Эти приборы применяются для усиления электрической мощности.
• В источниках опорного напряжения. ИОНы устанавливаются во все измерительные приборы и являются их основным узлом. Цифровой потенциометр в их схеме обеспечивает точность настроек.
• В системах регулировки громкости в любых акустических устройствах.
• В операционных усилителях (ОУ) для смещения напряжения к нулю.
• В стабилизаторах напряжения для его регулировки.
• В устройствах или схемах для измерения уровня сопротивления электротока для настройки мостов.
• Для настройки частоты, регулировки усиления или ослабления звука в полосовых фильтрах. ЦП необходим для калибровки системы колебаний.
• В измерительных приборах с датчиками усиления сигнала для регулирования полной шкалы и ее смещения.
• В генераторах импульсов с несимметричным типом сигнала для регулирования их частоты.
• В широкополосных регулируемых ВЧ аттенюаторах для регулирования Pin-диодов. Последние отвечают за защиту радиоаппаратуры от нежелательных СВЧ-импульсов.
• В ЖК-индикаторах для регулирования контрастности.

Чаще всего ЦП применяют в качестве настройщиков громкости в смартфонах, в multimedia, в небольшого размера переносной аппаратуре. Для использования в высококачественных регуляторах есть специализированные ЦП, например, CS3310 от Crystal или AD7111 от Analog Devices.

Примеры использования

Ниже приведен пример использования и управления 6-канальным ЦП AD5206 при помощи платы Arduino. Устройство предназначено для регулирования яркостью диодов. При этом используется связь SPI. Для настройки резисторов нужны:

• Плата Arduino.
• ЦП AD5206.
• Светодиоды (6 шт.).
• Перемычки и макетная плата.

Ниже представлена схема AD5206, ее распиновка и назначение выводов.

Данный цифровой потенциометр оснащен 6-ю переменными резисторами, для каждого из которых в корпусе отведено по 3 вывода. У отдельных потенциометров выводы обозначены A1, B1 и W1.

В данном примере все 6 потенциометров используются в роли делителя напряжения. Для чего 1 крайний вывод (А) подключается к питанию, а второй (В) — к шине земли. Wiper (или средний) берет изменяющееся напряжение.

При таком подключении AD5206 создает сопротивление в 10 кОм, которое изменяется в 255 шагов.

Ниже приведена схема подсоединения.

ЦП для программирования в схемах

Если цифровые потенциометры используются для программирования различных уровней в схемах или для калибровки в устройствах датчиков, то именно их состояние определяет скорость и точность регулировки при подключении к питанию.

В продаже есть много разных видов ЦП, отличающихся возможностями пользовательской настройки состояния при включении, но основных категорий лишь две:

1. Энергонезависимые кристаллические резисторы, у которых есть элемент памяти. Именно последний фиксирует положение движка при подключении устройства.
2. Энергозависимые. Эти виды ЦП не обладают памятью, поэтому в них движок занимает положение нулевое, среднее или верхнее при подключении к питанию в зависимости от их конструкции. Чтобы установить его правильно, следует изучить инструкцию с техническими параметрами.

Первые варианты ЦП можно разделить на 3 вида по используемому в них типу памяти:

• Электрически стираемые или перепрограммируемые (EEPROM). В них данные могут стираться и заново записываться неограниченное количество раз.
• С однократной программой.
• Многократно программируемые.

Подобное разделение помогает подобрать оптимальный вид потенциометра под конкретную схему или систему. Так, в аппаратуре, где необходима постоянная (частая) настройка, например, звука в аудиосистеме, можно установить энергозависимый вариант.

Если в устройстве нужно настроить один раз параметры для его использования, например, заводские настройки, то подойдет тип с ОРТ. Он остается неизменным на все время его эксплуатации.

Цифровой потенциометр способен принять только ту амплитуду сигнала, которая заложена в рамках его верхнего и нижнего показателя напряжения питания. Если планируется применить его для проведения переменного тока, то лучше воспользоваться резисторами с двухполярным питанием.

Заключение

Как уже было сказано, цифровые потенциометры замещают механические и другие виды резисторов при создании регулируемых систем. Тем самым вся схема (или узел) устройства становится более надежной, долговечной, ей не страшны встряски, падения, окисление элементов, как это происходит в механических аналогах. Также ЦП незаменимы в платах или схемах крайне малого размера, например, картах памяти.

Чтобы подобрать нужный вариант, следует внимательно изучить параметры и область применения цифровых потенциометров. Именно совокупность первых и уровень их влияния на качество и эффективность ЦП должны быть решающим фактором при покупке.

Видео по теме

Каталог продукции — Полупроводниковые приборы, микросхемы, радиолампы — Микросхемы — Цифровые потенциометры

Каталог продукции Обновлен: 01.11.2021 в 20:30 Aвтоматика, Робототехника, Микрокомпьютеры Акустические компоненты Блоки питания, батарейки, аккумуляторы Датчики Двигатели, вентиляторы Измерительные приборы и модули Инструмент, оборудование, оснастка Аксессуары для пайки Антистатические принадлежности Бокорезы, ножницы, резаки Дрели, фрезеры, бормашины Жала для паяльников и станций Инструмент для зачистки изоляции Инструмент для обжима Лупы, микроскопы Нагреватели инфракрасные Ножи, скальпели Отвёртки Отсосы для припоя Паяльники газовые и горелки Паяльники электрические Паяльные станции и ванны, сварочные автоматы Пинцеты, зажимы Плоскогубцы, круглогубцы Подставки для паяльников и штативы Принадлежности для паяльников и станций Прочий инструмент и оснастка Сверла, фрезы, боры Термоклеевые пистолеты Тиски, станины Штангенциркули, линейки Источники света, индикаторы Кабель, провод, шнуры Коммутация, реле Конструктивные элементы, корпуса, крепеж Материалы и расходники Пассивные элементы Полупроводниковые приборы, микросхемы, радиолампы Разъёмы, клеммы, соединители, наконечники Текстолит, платы Товары бытового назначения Трансформаторы, сердечники, магниты

Информация обновлена 01.11.2021 в 20:30 Вид: Сортировка: По наличиюпо алфавитупо цене Кол-во на странице: 244860120

Цифровой потенциометр

| Типы резисторов

Что такое цифровой потенциометр?

Цифровой потенциометр (также известный как цифровой резистор) выполняет ту же функцию, что и обычный потенциометр, но вместо механического воздействия он использует цифровые сигналы и переключатели. Это часто делается с помощью лестницы резисторов, цепочки небольших резисторов, соединенных последовательно. На каждой ступеньке лестницы присутствует электронный переключатель. Только один переключатель замкнут в любой момент. Замкнутый переключатель определяет положение «дворника» и коэффициент сопротивления.Этот цифровой потенциометр с резистивной лестницей является примером линейного конуса. Количество ступеней в лестнице определяет разрешение цифрового потенциометра. На рисунке ниже показан принцип работы цифрового потенциометра с 64 ступенями. Цифровыми резисторами можно управлять с помощью простых сигналов повышения / понижения или с помощью протоколов последовательной связи, таких как I²C или SPI.

Конструкция цифрового потенциометра с использованием резисторной лестницы

Определение цифрового потенциометра

Цифровой потенциометр — это переменный резистор, который управляется цифровыми сигналами, а не механическим перемещением.

Свойства цифровых потенциометров

Цифровые потенциометры представляют собой интегральные схемы (ИС). Некоторые варианты имеют энергонезависимую память (например, EEPROM или Flash), которая запоминает настройку сопротивления потенциометра. Когда нет встроенной памяти, исходное положение стеклоочистителя часто находится в среднем положении. Из-за их относительно небольшого размера по сравнению с обычными потенциометрами, несколько потенциометров могут быть размещены на одной микросхеме. Доступны микросхемы цифрового потенциометра с числом каналов до 6.

Количество доступных шагов определяет разрешение цифрового потенциометра. В следующей таблице перечислены общие доступные значения шага, включая количество битов:

Количество ступеней
Биты	5	6	7	8	9	10
Ступени	32	64	128	256	512	1024

Цифровые резисторы доступны в диапазоне значений, но наиболее часто используются резисторы 10 кОм.Другие распространенные значения — 5, 50 и 100 кОм. Стандартный допуск составляет 20%, но в настоящее время доступны цифровые потенциометры с допуском до 1%.

При работе с цифровыми потенциометрами следует учитывать тот факт, что большинство из них рассчитаны на 5 В (для питания логических цепей). Это может усложнить использование их в качестве прямой замены обычных потенциометров.

Приложения

Цифровые потенциометры

могут использоваться в любом приложении, где обычно используется подстроечный потенциометр или предварительно установленный резистор.Большим преимуществом является то, что ими можно управлять в автоматическом замкнутом контуре. При использовании для настройки повторная калибровка может выполняться микроконтроллером через определенные интервалы. Приложения цифровых потенциометров включают регулировку яркости и контрастности мониторов, регулировку усиления и мосты Уитстона. На изображении ниже показан пример применения цифрового потенциометра, используемого для регулировки громкости. Потенциометром можно управлять с помощью сигналов вверх / вниз, кнопок или поворотного энкодера.

Цифровой потенциометр, используемый для регулирования громкости Основы цифровых потенциометров

| DigiKey

Механические потенциометры десятилетиями использовались конструкторами в самых разных областях, от подстройки контуров до регулировки громкости.Однако у них есть свои ограничения: их дворники могут изнашиваться, они восприимчивы к проникновению влаги и могут случайно сместиться с установленного положения. Кроме того, по мере того, как мир становится цифровым, разработчикам нужна альтернатива для удовлетворения требований к более точному управлению и высокой надежности, а также гибкости для удаленной настройки значений с помощью прошивки.

Цифровые потенциометры

, часто называемые дигипотами, решают эти проблемы, соединяя цифровую область и мир аналоговых резисторов.Как полностью электронный, совместимый с микроконтроллером компонент, дигипоты позволяют процессору и программному обеспечению управлять, устанавливать и изменять их значение сопротивления или коэффициент делителя напряжения.

Они предлагают особенности и функции, которые не могут обеспечить механические устройства, и являются более прочными и надежными, поскольку у них нет движущегося стеклоочистителя. Их нельзя настроить намеренно или случайно, чтобы избежать необъяснимых изменений производительности. Приложения включают термостабилизацию светодиодов, затемнение светодиодов, регулировку усиления с обратной связью, регулировку громкости звука, калибровку и подстройку моста Уитстона для датчиков, управление источниками тока и настройку программируемых аналоговых фильтров, и это лишь некоторые из них.

Эта статья представляет собой краткое введение в потенциометры и их эволюцию в сторону цифровых устройств. Затем он будет использовать компоненты от Analog Devices, Maxim Integrated, Microchip Technology и Texas Instruments для объяснения работы цифрового пианино, базовой и расширенной конфигурации и того, как они удовлетворяют требованиям настройки схемы. Он покажет, как их функции, особенности, возможности и опции могут быть использованы для упрощения схем, обеспечения совместимости схем с процессорами и уменьшения или даже устранения необходимости в громоздких, менее надежных механических потенциометрах.

Начните с основ потенциометра

Потенциометр был важным пассивным компонентом схемы с первых дней развития электричества и электроники. Это трехконтактное устройство с доступным резисторным элементом, обеспечивающим функцию делителя напряжения через настраиваемый пользователем дворник на вращающемся валу. Он используется в бесчисленных схемах аналоговых и смешанных сигналов для удовлетворения широкого спектра требований приложений (рисунок 1).

Рис. 1: Стандартный потенциометр представляет собой настраиваемый пользователем переменный резистор с вращающимся валом.(Источник изображения: etechnog.com)

Сопротивление, наблюдаемое цепью между любым концевым контактом и регулируемым дворником, изменяется от нуля Ом (номинальное) до полного номинального сопротивления провода или пленки, когда дворник вращается и скользит по резистивному элементу. Большинство потенциометров имеют диапазон поворота от 270 до 300 градусов с типичным механическим разрешением и повторяемостью около 0,5% и 1% от значения полной шкалы (от одной части из 200 до 100, соответственно).

Обратите внимание на небольшое, но заметное и важное различие между потенциометром и его младшим братом, реостатом.Потенциометр — это трехконтактное устройство, действующее как делитель напряжения (Рисунок 2, слева), а реостат — это двухполюсное регулируемое сопротивление, которое контролирует ток. Потенциометр часто подключается для создания реостата, что можно сделать одним из трех аналогичных способов, оставив концевую клемму неисправленной или подключив ее непосредственно к дворнику (рис. 2, справа).

Рис. 2: Потенциометр с концевыми выводами A и B и грязесъемником W (слева) можно легко использовать в качестве реостата с любым из трех способов подключения (справа).(Источник изображения: Analog Devices)

Digipots: потенциометры в форме микросхемы

Полностью электронный цифровой потенциометр имитирует функциональность электромеханического потенциометра, но делает это с использованием ИС без движущихся частей. Он принимает цифровой код в одном из нескольких форматов и устанавливает соответствующее значение сопротивления. Поэтому его иногда называют резистивным цифро-аналоговым преобразователем (RDAC).

В традиционном потенциометре рука (или иногда даже небольшой мотор) устанавливает положение стеклоочистителя и, следовательно, коэффициент делителя напряжения.Однако в цифровом устройстве управление компьютером подключается к микросхеме цифрового планшета через цифровой интерфейс и устанавливает значение, эквивалентное положению стеклоочистителя (рис. 3).

Рис. 3. Цифровая микросхема Digipot IC заменяет ручную настройку стеклоочистителя потенциометра на электронный переключатель с цифровой настройкой, имитирующий механический стеклоочиститель. (Источник изображения: Circuits101, изменено)

Digipot использует стандартную технологию CMOS IC и не требует специального изготовления или обращения. Размер микросхемы цифрового планшета для поверхностного монтажа, обычно 3 x 3 миллиметра (мм) или меньше, намного меньше, чем потенциометр, регулируемый ручкой, или даже небольшой подстроечный потенциометр (подстроечный резистор), регулируемый отверткой, и с ней обращаются так же, как с любой другой поверхностью. ИС технологии монтажа (SMT) применительно к производству печатных плат.

В принципе, внутренняя топология дигипота состоит из простой последовательной цепочки резисторов с электронными переключателями с цифровой адресацией между стеклоочистителем и этими резисторами. Используя цифровую команду, соответствующий переключатель включается, а другие выключаются, тем самым устанавливая желаемое положение стеклоочистителя. На практике эта топология имеет некоторые недостатки, включая большое количество требуемых резисторов и переключателей, а также больший размер кристалла.

Чтобы свести к минимуму эти проблемы, производители разработали продуманные альтернативные схемы резисторов и переключателей, которые уменьшают их количество, но дают тот же эффект.Каждая из этих топологий приводит к небольшим различиям в том, как ранжируется дигипот и его характеристики второго уровня, но большая часть этого прозрачна для пользователя. В оставшейся части этой статьи мы будем использовать термин «потенциометр» для электромеханического устройства и «дигипот» для полностью электронного устройства.

Digipot предлагает ряд технических характеристик, характеристики

Как и в случае с любым другим компонентом, при выборе дигипота необходимо учитывать как второстепенные, так и верхние параметры.Основными проблемами являются номинальное значение сопротивления, разрешение и тип цифрового интерфейса, в то время как соображения включают допуски и источники ошибок, диапазон напряжения, полосу пропускания и искажения.

• Требуемое значение сопротивления, часто называемое сквозным сопротивлением, определяется конструктивными особенностями схемы. Поставщики предлагают сопротивления от 5 кОм (кОм) до 100 кОм в последовательности 1/2/5 с некоторыми другими промежуточными значениями. Кроме того, существуют блоки с расширенным диапазоном, которые имеют сопротивление от 1 кОм до 1 мегаом (МОм).

• Разрешение определяет, сколько дискретных настроек шага или касания предлагает дигипот, в диапазоне от 32 до 1024 шагов, чтобы позволить разработчику соответствовать потребностям приложения. Имейте в виду, что даже цифровой цифровой датчик среднего диапазона с 256 шагами (8 бит) имеет более высокое разрешение, чем потенциометр.

• Цифровой интерфейс между микроконтроллером и дигипотом доступен в стандартных последовательных форматах SPI и I ² C вместе с адресными контактами, так что несколько устройств могут быть подключены через одну шину.Микроконтроллер использует простую схему кодирования данных, чтобы указать желаемое значение сопротивления. Минималистичный цифровой датчик, такой как Texas Instruments TPL0501, 256-отводный цифровой датчик с интерфейсом SPI, хорошо подходит там, где важны рассеиваемая мощность и размер (рисунок 4). Он доступен в компактных корпусах с 8 выводами SOT-23 (1,50 мм × 1,50 мм) и 8 выводами UQFN (1,63 мм × 2,90 мм).

Рис. 4. Базовый цифровой компьютер, такой как TPL0501 от Texas Instruments с интерфейсом SPI, является эффективным компонентом для приложений с ограниченным пространством и мощностью, которым не требуются дополнительные функции.(Источник изображения: Texas Instruments)

Одним из примеров применения является его использование в носимых медицинских устройствах клинического уровня, таких как оксиметры и сенсорные пластыри, где он сочетается с операционным усилителем OPA320 компании TI (рис. 5). Комбинация создает делитель напряжения для управления усилением усилителя, который обеспечивает выходной сигнал цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Возникает очевидный вопрос: почему бы просто не использовать стандартный полный ЦАП? Причина здесь в том, что для этого клинического применения требуется прецизионный аналоговый выход Rail-to-Rail с высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR) и низким уровнем шума, для которого OPA320 определен на уровне 114 децибел (дБ) и 7 нановольт на корень герц (нВ / √Гц) на частоте 10 килогерц (кГц) соответственно.

Рис. 5. Цифровой компьютер может быть соединен с прецизионным операционным усилителем, таким как OPA320 компании TI, для создания ЦАП с превосходными характеристиками выходного операционного усилителя. (Источник изображения: Texas Instruments)

Кроме того, существуют варианты интерфейса цифровых устройств, упрощающие их использование в таких приложениях, как управляемые пользователем регуляторы громкости. Два других варианта — это кнопка и интерфейс вверх / вниз (U / D). В кнопочном интерфейсе пользователь нажимает одну из двух доступных кнопок: одну для увеличения значения сопротивления, а вторую — для его уменьшения.Обратите внимание, что в этом действии не участвует процессор (рисунок 6).

Рис. 6: Интерфейс кнопок позволяет безпроцессорному соединению между двумя кнопками, управляемыми пользователем, что приводит к прямому увеличению / уменьшению настройки цифрового планшета. (Источник изображения: Analog Devices)

Интерфейс U / D может быть реализован с минимальными затратами на программное обеспечение и запускается с помощью простого поворотного энкодера или кнопки, подключенной к процессору, и реализуется с помощью цифрового устройства, такого как MCP4011 от Microchip Technology, базового 64-шагового (6-битного) устройства, которое доступен со значениями сопротивления 2.1 кВт, 5 кВт, 10 кВт и 50 кВт (рисунок 7).

Рис. 7. Цифровой процессор, такой как MCP4011 от Microchip Technology, с линией управления U / D с периферийным управлением и выбором микросхемы, требует минимальных ресурсов ввода-вывода и программного обеспечения от микроконтроллера хоста. (Источник изображения: Microchip Technology, изменено)

Он использует одиночный запуск по фронту высокого или низкого уровня, а также выбор микросхемы для увеличения или уменьшения приращения сопротивления (рисунок 8). Это позволяет легко реализовать ручку, которая выглядит и ощущается как традиционный регулятор громкости, без проблем, связанных с потенциометрами, но с преимуществами цифровых устройств.

Рисунок 8: Интерфейс U / D цифрового устройства поддерживает увеличение и уменьшение значения сопротивления по фронту с помощью триггера от энкодера с низким разрешением. (Источник изображения: Microchip Technology)

Допуск для цифровых устройств может быть проблемой, поскольку он обычно составляет от ± 10 до ± 20% от номинального значения, что приемлемо во многих логометрических или замкнутых схемах. Однако это может быть критическим параметром, если дигипот согласовывается с внешним дискретным резистором или датчиком в приложении с разомкнутым контуром.По этой причине существуют стандартные дигипоты с гораздо более жестким допуском, составляющим всего ± 1%. Конечно, как и во всех ИС, температурный коэффициент сопротивления и связанный с ним температурный дрейф также могут иметь значение. Поставщики указывают это число в своих таблицах, чтобы дизайнеры могли оценить его влияние с помощью схемных моделей, таких как Spice. Доступны и другие варианты с жесткими допусками, которые обсуждаются ниже.

Хотя это не проблема в статических приложениях, таких как калибровка или установка точки смещения, полоса пропускания и искажения являются проблемами в аудио и связанных приложениях.Путь сопротивления определенного кода в сочетании с паразитными параметрами переключателя, емкостями выводов и платы создает резистивно-конденсаторный (RC) фильтр нижних частот. Меньшие значения сквозного резистора дают более широкую полосу пропускания с полосой пропускания до примерно 5 мегагерц (МГц) для цифрового устройства с сопротивлением 1 кОм и до 5 кГц для устройства с сопротивлением 1 МОм.

Напротив, полное гармоническое искажение (THD) в значительной степени связано с нелинейностью сопротивлений при разных уровнях подаваемого сигнала. Цифровые устройства с более высоким сквозным сопротивлением уменьшают вклад внутреннего сопротивления переключателя по сравнению с общим сопротивлением, что приводит к более низким THD.Таким образом, соотношение пропускной способности и THD — это компромисс, который дизайнеры должны расставить по приоритетам и взвесить при выборе номинального цифрового значения. Типичные значения находятся в диапазоне от -93 дБ для цифровых устройств с сопротивлением 20 кОм до -105 дБ для устройств с сопротивлением 100 кОм.

Двойные, четырехугольные и линейные варианты против логарифмического цифрового дигипота

В дополнение к их управляемости «без помощи рук», дигипоты предлагают дополнительную простоту, легкость конструкции и гораздо более низкую стоимость, чем потенциометры. Среди других их возможностей:

• Двойные дигипоты полезны, когда два сопротивления должны регулироваться независимо, но особенно полезны, когда они должны иметь одинаковое значение.Хотя можно использовать две отдельные ИС цифровых устройств, двойное устройство добавляет преимущество отслеживания значений сопротивления, несмотря на допуски и дрейф; также доступны квадроциклы.

• Сравнение линейных и логарифмических (логарифмических) параметров: в то время как приложениям подстройки и калибровки обычно требуется линейная зависимость между цифровым кодом и результирующим сопротивлением, многие аудиоприложения выигрывают от логарифмической зависимости, чтобы лучше соответствовать масштабированию децибел, требуемому в звуковых ситуациях.

Чтобы удовлетворить эту потребность, разработчики могут использовать логарифмические дигипоты, такие как DS1881E-050 + от Maxim Integrated Products.Это двухканальное устройство работает от одного источника питания 5 В, имеет сквозное сопротивление 45 кОм и имеет интерфейс I ² C с адресными контактами, что позволяет подключать к шине до восьми устройств. Значение сопротивления каждого из двух каналов может быть установлено независимо, и он имеет несколько настраиваемых пользователем параметров конфигурации; базовая конфигурация имеет 63 шага с ослаблением на 1 дБ на шаг, от 0 дБ до -62 дБ, плюс отключение звука (рисунок 9).

Рисунок 9: Двухканальный цифровой дигипот Maxim DS1881E-050 + разработан для трактов аудиосигнала, обеспечивая настройку усиления 1 дБ / шаг в диапазоне 63 дБ.(Источник изображения: Maxim Integrated Products)

DS1881E-050 + разработан для минимизации перекрестных помех, и два канала обеспечивают межканальное согласование на 0,5 дБ, чтобы минимизировать разницу в громкости между ними. Устройство также реализует переключение через резистор перехода через нуль для предотвращения слышимых щелчков и включает энергонезависимую память; общая полезность которого обсуждается ниже.

Также следует учитывать максимальное напряжение, с которым может работать дигипот. Доступны низковольтные дигипоты для работы с шинами до +2.5 вольт (или ± 2,5 вольт при биполярном питании), в то время как устройства с более высоким напряжением, такие как Microchip Technology MCP41HV31 — 50 кОм, 128 отводов, интерфейсное устройство SPI — могут работать с шинами до 36 вольт (± 18 вольт).

Энергонезависимая память помогает при сбросе питания

Базовые цифровые датчики

обладают многими достоинствами, но имеют один неизбежный недостаток по сравнению с потенциометрами: они теряют свои настройки после отключения питания, а их положение сброса при включении питания (POR) устанавливается их конструкцией, обычно на среднем уровне.К сожалению, для многих приложений такая настройка POR неприемлема. Рассмотрим настройку калибровки: после того, как она установлена, ее следует сохранить до преднамеренной настройки, несмотря на отключение сетевого питания или замену батареи; кроме того, во многих приложениях «правильная» настройка была той, которая использовалась последней при отключении питания.

Таким образом, одной из оставшихся причин остаться с потенциометрами было то, что они не теряют свои настройки при сбросе питания, но дигипоты устранили этот недостаток.Изначально обычной практикой проектирования было, чтобы системный процессор считывал настройки цифрового накопителя во время работы, а затем перезагружал их при включении питания. Однако это приводило к сбоям при включении питания и часто было неприемлемым для целостности и производительности системы.

Чтобы решить эту проблему, производители добавили в дигипоты технологию энергонезависимой памяти (NVM) на основе EEPROM. С помощью NVM дигипоты могут сохранять свое последнее запрограммированное положение дворников при отключении питания, в то время как одноразовые программируемые версии (OTP) позволяют разработчику установить положение сброса дворников при включении питания (POR) на предварительно определенное значение. .

NVM позволяет другие улучшения. Например, в памяти EEPROM Analog Devices AD5141BCPZ10 хранится ошибка допуска резистора (рисунок 10). Устройство представляет собой одноканальный, 128/256 позиций, перезаписываемый энергонезависимый цифровой потенциометр, который поддерживает интерфейсы I ² C и SPI. Используя сохраненные значения допуска, разработчики могут рассчитать фактическое сквозное сопротивление с точностью до 0,01%, чтобы определить соотношение сегментов «верхнего грязесъемника» и «нижнего стеклоочистителя».Эта точность в сто раз лучше, чем точность в 1% цифровых дигипотов с еще более высокой точностью без NVM.

Рис. 10. Цифровой контроллер AD5141BCPZ10 от Analog Devices включает в себя энергонезависимую память с возможностью перезаписи (EEPROM), которая может использоваться для хранения требуемых настроек сброса при включении питания, а также калибровочных коэффициентов для собственной матрицы резисторов. (Источник изображения: Analog Devices)

Этот режим линейной настройки усиления позволяет независимо программировать сопротивление между выводами цифрового потенциометра через цепные резисторы R _AW и R _WB , обеспечивая высокоточное согласование резисторов (Рисунок 11).Такая точность часто требуется для топологий инвертирующих усилителей, например, когда коэффициент усиления определяется соотношением двух резисторов.

Рисунок 11: NVM в цифровом блоке также можно использовать для хранения откалиброванных сопротивлений выше и ниже стеклоочистителя для схем, которые используют точные отношения сопротивлений для установки усиления усилителя. (Источник изображения: Analog Devices)

Будьте внимательны к особенностям цифровых устройств

Хотя дигипоты широко используются для замены потенциометров, где традиционные устройства менее желательны или непрактичны, они имеют некоторые характеристики, которые необходимо учитывать разработчикам.Например, металлический скребок потенциометра контактирует с резистивным элементом с почти нулевым контактным сопротивлением и обычно имеет незначительный температурный коэффициент. Однако в случае дигипота стеклоочиститель представляет собой КМОП-элемент со скромным, но все же значимым сопротивлением порядка десятков Ом на 1 кОм. Если ток 1 миллиампер (мА) проходит через дворник с сопротивлением 1 кОм, результирующее падение напряжения на стеклоочистителе на 1 вольт может ограничить динамический диапазон выходного сигнала.

Кроме того, это сопротивление стеклоочистителя является функцией как приложенного напряжения, так и температуры, поэтому оно вносит нелинейность и, следовательно, искажение сигналов переменного тока в тракт прохождения сигнала.Типичный температурный коэффициент стеклоочистителя около 300 частей на миллион на градус Цельсия (ppm / ⁰C) может быть значительным и должен быть учтен в бюджете ошибок для высокоточных конструкций. Также предлагаются модели Digipot с гораздо меньшим коэффициентом.

Заключение

Digipot — это цифровая ИС, которая заменяет классический электромеханический потенциометр во многих системных архитектурах и схемах. Он не только уменьшает размер продукта и вероятность ошибок из-за случайного перемещения, но также добавляет совместимость с процессорами и, следовательно, с программным обеспечением, предлагая большую точность и более высокое разрешение (при необходимости), а также другие полезные функции.

Как показано, дигипоты доступны в широком диапазоне номинальных значений сопротивления, размеров шага и точности, в то время как добавление энергонезависимой памяти расширяет их возможности и преодолевает важный барьер для их использования во многих приложениях.

Дополнительная литература

ИС
1. решают проблему уменьшения силы света светодиодных ламп в схемах с триакомным управлением

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Как работает цифровой потенциометр, зачем и где их использовать?

Потенциометр — это переменный резистор, который можно использовать в цепи для управления сопротивлением, током и напряжением в цепи для достижения определенного выхода. Мы уже знаем основы резистора и то, как они работают. Потенциометр — это просто переменный резистор, иногда также называемый реостатом, который вы все могли видеть в своей физической лаборатории, он состоит из металлической катушки, намотанной на цилиндрической платформе, которая состоит из скользящего контакта, который используется для управления сопротивлением цепь.Типичный реостат показан на рисунке ниже

.

Потенциометр (POT) имеет аналогичную функцию, но в ограниченном пространстве и имеет другую конструкцию, такую ​​как типичные радиопотенциометры, предварительно установленный потенциометр, потенциометр с колесиком и т. Д. Вы могли бы использовать потенциометры во многих местах, не зная, например, для громкости Контроллеры в вашей стереосистеме — это потенциометры, а регуляторы, которые используются для управления скоростью потолочного вентилятора, также являются формой потенциометра.Точно так же все, что управляет выходом системы, изменяя сопротивление, ток и напряжение, является формой потенциометра. Все это сказано только для того, чтобы вы поняли, насколько важны потенциометры. Что делать, если вы хотите автоматически регулировать громкость или настраивать радио, фактически не поворачивая ручку? Здесь на помощь приходит цифровой потенциометр. В этой статье мы узнаем больше о цифровых потенциометрах, как они работают и как вы можете их использовать.

Что такое цифровой потенциометр?

Механические потенциометры используются для ручного управления, когда кто-то должен физически изменять сопротивление устройства, чтобы изменить выход.Но цифровой потенциометр может автоматически изменять свое сопротивление в зависимости от заданных условий. Цифровой потенциометр действует точно так же, как потенциометр, сопротивление которого можно изменять с помощью цифровой связи (например, I2C, SPI) вместо прямого вращения ручки.

Механические потенциометры называются POT из-за их структуры, напоминающей горшок, которая состоит из трех клемм для входа, выхода и заземления, а также контроллера наверху, который используется для управления сопротивлением, поворачивая его по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Самым большим недостатком POT является то, что на них легко влияют такие факторы окружающей среды, как пыль, грязь и влага, которые могут уплотнять вал стеклоочистителя, что делает их непригодными для определенных видов применения. Чтобы преодолеть эти недостатки, цифровые потенциометры или вскоре были представлены цифровые потенциометры или digiPOT , которые могут работать в средах с вибрацией и такими частицами, как грязь, пыль, влага и жир, без изменения характера работы.

Почему digiPOT предпочтительнее POT?

DigiPOT лучше защищены в различных условиях окружающей среды, поскольку они инкапсулированы в виде ИС.Они менее уязвимы к вибрациям и не подвержены физическим воздействиям, что делает их более надежными в использовании. DigiPOT может поместиться в крошечный корпус микросхемы размером 2,9 мм x 2,8 мм или даже меньше, который можно легко установить на печатной плате. Самый популярный цифровой потенциометр MCP41010 IC высевается ниже

.

MCP41010 включает в себя четыре блока digiPOT в одном корпусе, а также режим выключения и программируемые предустановленные положения при включении положения дворника.Они предлагают более высокое разрешение, большую стабильность и надежность для всех типов приложений.

Работа цифрового потенциометра

Чтобы понять, как работает цифровой потенциометр, давайте рассмотрим архитектуру цифрового потенциометра . Это действительно просто, поскольку у него есть только одна функция, которую нужно выполнять в цепи, — управлять током / напряжением в зависимости от заданного состояния. Блоки электронного потенциометра включают в себя серию резисторов, блок памяти и блок управления / интерфейса

.

Серия резисторов

Digipots построены путем соединения ряда резисторов в виде лестницы; каждая ступенька лестницы состоит из переключателя, подключенного к выходу потенциометра.Сопротивление устройства определяется , вычисляя количество шагов, у него есть, чем больше количество шагов, тем больше значение сопротивления.

Итак, чтобы определить количество шагов, вам нужно использовать битовое значение, то есть, если цифровое устройство имеет N битов, это означает, что он имеет 2 ^N шагов. Например, если количество бит равно 6, то 2 ⁶ = 64 шага, если количество бит 9, то 2 ⁹ = 512 шагов.

Блок памяти

Все цифровые устройства имеют своего рода память для своих операций, поскольку цифровой потенциометр также является формой цифрового устройства, у них также есть блок памяти.В большинстве случаев они имеют энергозависимую память, энергозависимую память используются только во время работы, и они не сохраняют никакой предшествующей информации после выключения. Следовательно, большинство цифровых накопителей запускаются с первого шага при перезапуске, в некоторых случаях эти устройства связаны с FPGA или микроконтроллером для сохранения последней позиции.

На рынке доступны некоторые специальные цифровые устройства, которые используют энергонезависимую память, в которой последний шаг потенциометра сохраняется в устройстве, так что последний шаг устройства будет сохранен даже после выключения устройства.

Блок управления и интерфейса

Блок управления является наиболее важным элементом цифрового потенциометра, поскольку именно он отличает цифровой потенциометр от традиционного потенциометра. Блок управления — это то место, где управляющий сигнал отправляется от микроконтроллера, такого как Arduino, для изменения сопротивления цифрового потенциометра.

Почти все потенциометры имеют синхронную или асинхронную последовательную шину в качестве интерфейса в блоке управления, за исключением того, что некоторые цифровые потенциометры используют логику управления или переключатели на передней панели.Интерфейсная шина увеличения / уменьшения является наиболее распространенной асинхронной шиной, используемой в цифровом потенциометре, который использует счетчик увеличения / уменьшения. На блок-схеме с расширением показан цифровой потенциометр с интерфейсом управления увеличением / уменьшением.

Интерфейс увеличения / уменьшения использует три сигнала, как вы можете видеть на изображении выше, это сигналы

.

CS: CS — это сигнал выбора микросхемы (CS), он используется как вход адреса для нескольких приложений цифрового потенциометра, когда он включен.

U / D: Грязесъемник емкости следует перемещать вверх или вниз для увеличения или уменьшения сопротивления потенциометра. Этот процесс активируется сигналом вверх / вниз (U / D).

INC: Сигнал приращения (INC) также используется для перемещения скребка, скребок перемещается при каждом спадающем фронте сигнала приращения.

Как я уже сказал, интерфейс увеличения / уменьшения является наиболее часто используемой асинхронной шиной, аналогично наиболее часто используемыми синхронными шинами являются SPI, I ² C, двухпроводные и микропроводные шины.Из этих шин наиболее предпочтительным типом интерфейсов является I ² C и SPI. На приведенной ниже схеме блога показан цифровой потенциометр с интерфейсом I2C Control .

Шина I ² C имеет два основных сигнала, а именно

SCL / SCK: Это последовательные часы интерфейса, которые синхронизируют секцию управления.

SDA: SDA может быть расширен как последовательные данные, линии последовательных данных используются для передачи данных от интерфейса к системе управления.SDA по своей природе двунаправлены, поэтому они могут обмениваться данными в обоих направлениях.

Аналогично, интерфейс управления SPI Цифровые потенциометры имеют четыре основных сигнала, как показано ниже. Опять же, Контроллер может быть любым микроконтроллером, таким как Arduino, PIC, AVR или Raspberry PI, а периферийным устройством может быть любой цифровой потенциометр

.

CS: Выбор микросхемы (CS) / Выбор ведомого (SS) используется для выбора необходимой системы управления, если к интерфейсу подключено более одной системы управления.

SCK: SCK — это последовательные часы интерфейса.

SDI: SDI означает цифровой вход ведомого устройства, здесь ведомое устройство может быть системой управления, и, следовательно, вход от системы управления доставляется как сигнал SI.

SDO: SDO означает ведомый цифровой выход, аналогично ведомому входу, SO — это выходной сигнал для системы управления от интерфейса.

Как выбрать цифровой потенциометр для приложения?

Если вы хотите выбрать правильный цифровой потенциометр для ваших приложений, вы должны учитывать следующие параметры

Конфигурация резистора

Вы должны выбрать, как должен работать ваш цифровой потенциометр, поскольку цифровой потенциометр может работать в двух различных конфигурациях, одна как потенциометр или как реостат.

В режиме потенциометра конфигурация состоит из трех клемм A, B и W, здесь цифровой потенциометр работает как драйвер напряжения. Напряжение на клеммах стеклоочистителя прямо пропорционально напряжению, приложенному между клеммами A и B, и сопротивлению на R _AW и R _WB. Конфигурация потенциометра наиболее предпочтительна для таких приложений, как ЦАП, LCD V _COM Регулировка и ослабление аналогового сигнала.

В режиме реостата цифровой потенциометр будет работать как реостат с цифровым управлением, в котором учитываются только две клеммы, неиспользуемая клемма может быть оставлена ​​неиспользованной или может быть привязана к клемме W. Сопротивление между концами устройства имеет 2 точки контакта ^N , доступные для контактов стеклоочистителя. Результирующее сопротивление можно измерить между контактом A и дворником (R _AW ) или между контактом B (R _WB ).Режим реостата в основном используется в таких приложениях, как калибровка моста Уитстона, регулировка усиления операционного усилителя и настройка аналоговой фильтрации.

Цифровой интерфейс

Цифровой интерфейс используется для подачи управляющего сигнала на цифровой потенциометр, вы должны выбрать лучший цифровой интерфейс, который подходит для вашего приложения, среди SPI, I ² C, кнопок и интерфейсов вверх / вниз. Поскольку мы уже знаем об интерфейсах, здесь я только что включил некоторые ключевые различия между интерфейсами.Цифровой потенциометр типа SPI работает с тактовой частотой до 50 МГц, а тип I ² C может поддерживать стандартный и быстрый режим с тактовой частотой до 400 кГц. Кнопочные цифровые потенциометры типа могут взаимодействовать с системой, просто добавляя два кнопочных переключателя, а интерфейсом типа Up / Down можно управлять с помощью любого хост-контроллера или дискретной логики или вручную с помощью поворотного энкодера.

Внутренняя память

Существуют различные типы внутренней памяти, используемые в потенциометре, чтобы определял начальное положение дворника. , в зависимости от типа памяти вы можете выбрать начальное положение дворника для изменения.В цифровом потенциометре используются четыре типа внутренней памяти: только энергозависимая память, одноразовая программируемая память (OTP), многоразовая программируемая память (MTP) и EEPROM

.

Напряжение питания

Вы должны знать о максимальном сигнальном напряжении, которое может быть приложено к клеммам A, B и W, где положительный V _DD и отрицательный V _SS определяют границы напряжения. Если приложенное напряжение превышает ограниченное значение, V _DD или V _SS будет ограничиваться внутренним диодом с прямым смещением.

Сквозное сопротивление

Сопротивление между концами — это максимальное значение сопротивления между любой из двух клемм. Существует широкий ассортимент потенциометров с сквозным сопротивлением от 1 кОм до 1 МОм. Наиболее часто используемые типы цифровых потенциометров будут иметь сопротивление 10 кОм, кроме цифровых потенциометров 5,50 и 100 кОм также используются.

Разрешение

Разрешение — это битовое значение потенциометра, которое используется для определения шагов дворника.Вы должны выбрать разрешение, достаточное для вашего приложения. Чаще всего используются разрешения 8, 5 и 10 бит.

Производительность

Если вы хотите, чтобы ваш потенциометр хорошо работал в приложении, вы должны принять во внимание следующие ключевые параметры и выбрать значения, которые подходят для вашего приложения. Некоторые из важных ключевых параметров — это погрешность допуска резистора, температурный коэффициент цифрового потенциометра и полоса пропускания

.

Упаковка

Цифровой потенциометр доступен в различных типах корпусов, таких как MSOP, SC70, TSSOP, SOIC и т. Д.Проанализируйте свое приложение и выберите наиболее подходящий пакет для более эффективного и экономичного выполнения операций.

Применение цифрового потенциометра Цифровые потенциометры

могут использоваться в любых приложениях, где бы ни использовались подстроечный потенциометр или существующий резистор, поскольку ими можно управлять с помощью замкнутого контура. Чаще всего цифровой потенциометр используется для регулировки громкости звука. Ниже представлена ​​типичная принципиальная схема приложения, на которой микросхема AD5259 используется с микросхемой усилителя операционного усилителя для управления громкостью (усилением) выходного аудиосигнала.

Ниже приведены некоторые приложения, в которых можно использовать цифровые потенциометры.

• Для регулировки громкости стерео и других устройств
• Для регулировки яркости и контрастности светодиодов
• Программируемый регулятор напряжения
• Цепи автореференс датчика
• Для изменения сопротивления в аналоговой цепи
• Автоматическая регулировка усиления
• Используется для подстройки и калибровки датчиков.
• Регулировка уровня в автомобильной электронике
• Программируемые источники питания, фильтры, постоянные времени или значение задержки.

Цифровой потенциометр или дигипот: применение и использование

Цифровой потенциометр (или «дигипот») работает как традиционный механический потенциометр (потенциометр), который представляет собой переменный резистор, за исключением того, что дигипот представляет собой встроенную микросхему (ИС), которая принимает сигнал вход, а не физическое движение вала или ползуна для регулировки.По сути, оба типа потенциометров представляют собой аналоговые устройства, обеспечивающие переменное сопротивление. Однако механический горшок представляет собой регулируемый делитель напряжения с помощью регулируемого ползунка или поворотного резистора. Горшки физически изменяют значение сопротивления, тогда как цифровые приборы изменяют значение сопротивления через цифровые входы, а не через физический ползунок или вращающееся колесо. Когда вал механического стакана поворачивается, центральный штифт, называемый «дворником», перемещается и изменяет сопротивление на любом участке дворника.

Рис. 1. Упрощенная схема или функциональная блок-схема двойного цифрового потенциометра Texas Instruments TPL0102. (Источник изображения: ti.com)

Почему цифровые потенциометры?

Digipot удобны для использования там, где факторы окружающей среды могут отрицательно повлиять на механический горшок. Окружающая среда с вибрацией или такими частицами, как грязь, пыль, влага или жир, которые могут склеивать вал, может побудить человека выбрать цифровой потенциометр. Цифровые устройства можно лучше защитить от окружающей среды, поскольку они могут быть инкапсулированы.Цифровые котлы менее уязвимы к вибрации, менее доступны для физического вмешательства и могут предложить больше функций (будучи ИС), чем механический горшок. Дополнительные опции для дигипотов могут включать в себя четыре комплекта дигипотов в одном корпусе, режим выключения и программируемые предустановленные положения при включении стеклоочистителя. Цифровые устройства могут использовать память (как энергозависимую, так и энергонезависимую) для установки положения стеклоочистителя при запуске. Они также могут устранить раздражение при установке механического устройства на печатную плату (PCB).Цифровые потенциометры настраиваются путем записи на цифровые входы цифрового устройства для установки «дворника», поэтому они не требуют физического доступа.

Digipots также может предложить более высокое разрешение, большую стабильность и надежность твердотельных устройств. Они меньше механических потенциометров и могут поместиться в крошечных корпусах микросхем размером 2,9 мм x 2,8 мм (SOT-23-6) или меньше. С другой стороны, цифровые устройства могут быть более сложными, поскольку они должны быть запрограммированы, как правило, с использованием протоколов шины связи I ² C или SPI.Цифровые потенциометры могут изготавливаться с допуском сквозного сопротивления всего 1%. Разрешение цифровых потенциометров улучшилось до такой степени, что в некоторых случаях цифровой преобразователь может заменить цифро-аналоговые преобразователи. И ЦАП, и цифровые датчики вырабатывают аналоговый выходной сигнал в ответ на цифровой входной сигнал. В цифровых горшках стеклоочиститель является аналоговым выходом. Однако важные отличия заключаются в том, что ЦАП могут иметь более высокое разрешение, а ЦАП включают выходной буферный усилитель, тогда как цифровые потенциометры этого не делают.[i]

Приложения

Цифровые потенциометры

могут использоваться везде, где используются механические потенциометры, [ii] для подстройки и калибровки датчика (удаленной или локальной), измерительных приборов (регулировка усиления или смещения), для усилителей с регулируемым усилением, управления уровнем звука, для согласования полного сопротивления линии, в оптические сети, для регулировки уровня в автомобильной электронике и в программируемых источниках питания, фильтрах, постоянных времени или значениях задержки. Еще одна фундаментальная функция любого потенциометра — это возможность использовать только две из трех клемм и, таким образом, создать реостат.

[i] «ЦАП против цифровых потенциометров: что подходит для моего приложения?» РУКОВОДСТВО 4025 . Maxim Integrated, 11 апреля 2007 г. Web. 6 января 2017 г.

[ii] «Цифровые потенциометры заменяют механические потенциометры…» Учебное пособие 3417 . Maxim Integrated, 21 декабря 2004 г. Web. 6 января 2017 г.

Цифровые потенциометры

и резисторная лестница

Цифровые потенциометры, как и их механические аналоги, представляют собой резисторы, значения которых можно изменять через внешний вход.Разница в том, что аналоговые потенциометры управляются вращением вала управления, а сопротивление цифрового потенциометра определяется цифровым входом, подаваемым на устройство. В отличие от своих механических или аналоговых аналогов, цифровые потенциометры не могут постоянно изменяться, а изменяют значение только ступенчато. Они также очень ограничены по величине тока, с которым они могут справиться, поэтому чаще всего используются в контурах обратной связи операционных усилителей для управления усилением операционного усилителя и в других подобных слаботочных средах.

Лестница резисторов

Ключевым элементом цифрового потенциометра является резисторная лестница, которая представляет собой серию резисторов одинаковой величины, соединенных последовательно.

Рисунок 1: Блок-схема цифрового потенциометра. (Источник: Analog Devices)

В вышеупомянутом примере лестница резисторов состоит из семи резисторов. Если бы каждый резистор был 1000 Ом, общее сопротивление между клеммой B и клеммой A было бы 7000 Ом.Регулируемым элементом агрегата является стеклоочиститель.

На каждом из шести переходов между семью резисторами есть переключатель, который подключается к дворнику. Также есть еще два переключателя для подключения стеклоочистителя, если он выбран, к клеммам A или B. Важно помнить, что только один из переключателей стеклоочистителя может включаться одновременно. Таким образом, сопротивление дворника по отношению к клемме B и клемме A в этом примере можно регулировать с шагом 1000 Ом от 0 до 7000.3 равно 8. Каждое из этих восьми возможных чисел однозначно определяет, какой из восьми переключателей должен быть задействован в любой момент.

Легко увидеть, что, используя две клеммы и стеклоочиститель для реализации делителя напряжения, цифровой потенциометр можно использовать в качестве регулятора громкости. Используя только стеклоочиститель и клемму A или B, можно получить простой переменный резистор.

Как работает цифровой потенциометр?

При включении некоторые цифровые потенциометры просто присваивают положение стеклоочистителя середине лестницы или какой-либо другой точке, указанной в таблице данных.Чаще всего в устройстве будет достаточно EEPROM, чтобы запомнить последнее положение устройства во время предыдущего отключения питания. Фактические переключатели, которые подключают резисторы к дворнику, обычно реализованы в CMOS внутри устройства, как показано на схеме.

Конечно, различными цифровыми потенциометрами можно управлять разными способами. Хорошо известная шина последовательного периферийного интерфейса (SPI) является популярным выбором, как и простая последовательная шина I2C. Для последнего требуется только два входа, один для часов и один для данных.

Контакты потенциометра

Analog Devices AD5160BRJZ50 — это 8-контактный цифровой потенциометр, который помещается в крошечный корпус размером 2,9 мм x 1,6 мм. В целях экономии количества выводов и экономии места это устройство не включает EEPROM и использует шину SPI, а не параллельный цифровой интерфейс. В даташите раскрывается семейство устройств AD5160. Все члены этой группы включают резисторную лестницу, состоящую из 255 отдельных резисторов.

Рисунок 2: AD5160 от Analog Devices.(Источник: Analog Devices)

Микросхема выбирается через контакт 6. Часы поступают через контакт 4, а данные, которые выбирают положение стеклоочистителя, поступают на контакт 5. Клеммы A и B доступны на контактах 7 и 8, а дворник — на контакте 1.

Крошечные механические устройства можно сконструировать для создания электрических импульсов, которые можно использовать для управления цифровым потенциометром. Это позволяет им управлять людьми, а не только через микроконтроллеры. Они часто устанавливаются в устройства размером чуть больше, чем мог бы быть сам по себе старомодный механический потенциометр.

Поставщики средств беспроводной связи и ресурсы

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д.Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

статей о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей. В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Умная парковка на базе Zigbee • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ УКАЗАТЕЛЬ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье описываются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP диапазона 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики беспроводных радиочастотных устройств, производители

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, индуктор микросхемы, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здоровье населения *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: Не трогай его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц измерения. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤ Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Датчики разных типов

Поделиться страницей

Перевести страницу

Создайте потенциометр BCD-Digital | audioXpress

В этом высококачественном проекте Роберт Нэнси Ди разрабатывает потенциометр для обеспечения точности и гибкости.Кастрюля с 64 уровнями и прецизионными металлическими пленочными резисторами, которые, как он описывает, трудно превзойти по звуку или удобству. Проект начался с чистого листа, стремясь решить конструкцию потенциометра с качеством, которое могло бы конкурировать с существующими конструкциями, при сохранении разумной стоимости. Эта статья была первоначально опубликована в audioXpress, сентябрь 2011 г.

Моя цель с этой конструкцией состояла в том, чтобы контролировать уровень схемы с минимальным вмешательством, насколько это возможно. Я мог бы путешествовать традиционными путями и создавать дорогие потенциометры с золотыми контактами, множеством резисторов, множеством групп и переключателей и так далее, но я всегда считал это ошибочным, хотя и грубой силой, методом, лишенным элегантности.По сути, это плохой способ решить проблему конструкции потенциометра.

Я играл с цифровыми горшками, но они вводят полупроводники и добавляют импедансы в схему. Они также ограничены тем, какое напряжение — как положительное, так и отрицательное — они будут принимать. Я решил взять чистый лист бумаги и начать с нуля, чтобы посмотреть, смогу ли я сделать горшок, который конкурировал бы с нынешним дизайном, сохраняя при этом разумную стоимость. Итак, это результат этого расследования (Фото 1).

Мне нужна была гибкость — то есть я хотел иметь возможность использовать его в аудио или любом дизайне, и я хотел иметь возможность управлять значением горшка с помощью всего нескольких компонентов, чтобы упростить другие приложения.Кроме того, он должен обладать высокой степенью точности наряду с его гибкостью. Затем я хотел, чтобы у него было как можно меньше движущихся частей — если таковые вообще были — и чтобы он имел долгий срок службы, не требовавший обслуживания или смазки. Я хотел, чтобы он работал через 10 или более лет, как в тот день, когда я его построил. Я также хотел всегда знать, на каком уровне находится горшок, чтобы я мог вернуться к определенной точке или уровню прослушивания в любое время.

Дизайн
Для этой конструкции я использовал 8-битный микроконтроллер Atmel ATtiny2313V, запрограммированный на сборке.Это позволило мне управлять ЖК-дисплеем и выходом на реле, а также позволило мне использовать небольшой конденсатор емкостью 0,33 Ф для сохранения моих настроек при выключенном питании, чтобы моя схема не потребляла — и не требовала — никакого внешнего питания в выключенном состоянии.

В конструкции используется двоично-десятичный код (BCD) для выбора любого уровня от 0 до 63 с помощью шести двухполюсных реле (таблица 1). Это имеет то преимущество, что требуется только 12 резисторов (хотя я буду использовать 18, но об этом позже). Из 18 резисторов только девять всегда находятся в цепи на любом одном уровне, поэтому для стерео я использую всего 18 резисторов для 64 уровней и двух каналов.BCD отражается в программе как шестнадцатеричный, поэтому никаких манипуляций с данными для выходов из регистров не требуется. Опять же, вы можете увидеть это в Таблице 1.

Я тщательно выбирал реле, потому что для правильной работы конструкции необходимо было изучить потребляемый ток, изоляцию контактов и срок службы реле. Реле потребляют 6 мА каждое. Для стерео есть 12 реле, по шесть на канал. Вы можете добавить каналы и иметь четыре или более каналов, просто построив дополнительные вспомогательные платы.Точно так же вы можете иметь только один канал для монофонического подключения или управлять трехконтактным регулятором в совершенно другом приложении, если хотите.

Эти реле герметичны, моются, имеют позолоченные контакты; Стоимость их также невысока — 12 реле стоят менее 40 долларов. Инженеры Tyco, которые производят реле, сказали мне, что среднее время наработки на отказ (MTBF) исчисляется миллионами при низком токе и напряжении, которые требуются аудиосхемам. Использование реле, а не полевых МОП-транзисторов или других электронных устройств означает, что у вас нет ограничений по положительному или отрицательному напряжению, и управляемая схема видит только комбинации резисторов.

Также важно понимать, что нигде в этой цепи выключатель не находится под воздействием внешнего воздуха, поэтому окисление не играет роли. В качестве резисторов я использовал малошумящие металлопленочные устройства Panasonic SMD, 0,1%, 1/8 Вт. При максимальном потенциале потенциометра — 64 кОм в моем приложении — общая погрешность сопротивления составила 6 Ом. При наименьшем значении (1К) измеренное сопротивление составило 1000,13 Ом (четырехпроводный метод). Для получения значений, показанных в (Таблица 1), требуются только резисторы трех номиналов: 1, 2, 16 Ом.

Это может быть любое умножение: 10, 20, 160, 10k, 20k, 160k и так далее.Например:
Резистор 1 = 2 Ом (параллельный)
Резистор 2 = 2 Ом
Резистор 4 = 2 × 2 Ом (последовательно)
Резистор 8 = 2 × 16 Ом (параллельно)
Резистор 16 = 16 Ом
Резистор 32 = 2 × 16 Ом (последовательно)

Вы также можете начать последовательность с 2: 2, 4, 8, 16, 32, 64, чтобы получить в сумме 128 Ом для 10 резисторов с использованием двух исходных значений.

Для безотказной работы я использовал недорогой 64-ступенчатый оптический энкодер для переключения реле через микроконтроллер.При работе в качестве регулятора громкости стерео отсутствует ощущение «пошагового действия», поскольку громкость увеличивается на 64 шага. Весь процесс проходит гладко и без заеданий.

Рисунок 1: Схема слева. Рисунок 2: Схема справа — Авторские права на дизайн (2011 г.).
Можно полностью изолировать реле с низким уровнем щелчка, но это не слишком громко, и мне лично нравится позитивный звук, когда я бегаю вверх и вниз с регулятором. В большинстве случаев я просто меняю громкость на новый уровень, и тот факт, что я использую сложный элемент управления, не является проблемой.Вообще-то, это довольно мило! Однако этот элемент управления особенно подходит для самых сложных аудиопродуктов класса Hi-End. Я не добавлял пульт дистанционного управления в этот дизайн, но дизайн по своей природе хорошо подходит для этого дополнения.

В этом проекте всю работу выполняет ATtiny2313V вместе с драйвером AY0438 для дисплея. Дисплей монтируется на основной плате с блоком питания. Я не изолировал источник питания от плат резисторов, потому что измерения шума ниже того, что мои инструменты могут почувствовать.Резисторы не подключаются к какой-либо части цепи, только герметичные контакты реле. В моем стерео управлении я использовал перемычку, чтобы привязать нижнюю ножку горшка к земле, но во всех отношениях резисторы автономны.

Когда питание потенциометра BCD отключено, ток, потребляемый из цепи, составляет менее 200 нА, а конденсатор емкостью 0,33 Ф будет работать в течение нескольких недель, удерживая последний уровень, прежде чем упадет ниже 1,8 В — на каком уровне этот чип способен выдержать Бег. Наконец, я включил ЖК-дисплей для относительного уровня: 31 может быть 31 Ом или 310 кОм, я не видел необходимости устанавливать индикацию выхода дБ.Я считаю, что громкость установлена ​​на конкретный уровень, и главное — это знать и возвращаться к этому уровню. Это относится и к измерительным приборам.

Программное обеспечение и работа
Программное обеспечение было написано в Atmel’s Studio 4 на сборке. Он запускается с инициализации регистров, управляющих PortD, портом реле; начальный вывод — «00», что является самым низким значением. Оттуда он переходит на ЖК-дисплей и загружает то же значение, что и выходы, и устанавливает вывод нагрузки hi для фиксации значения.Если от энкодера не поступают никакие другие входные импульсы, микроконтроллер переходит в режим «ожидания» изменения состояния энкодера и про-и ЖК-дисплея.

Когда схема отключена, низкий уровень на контакте 17 (PortB, 5) переводит программу в спящий режим (режим отключения питания). В этом режиме внутренний генератор 4 МГц отключается, и сохраняются последние выходные значения. Пробуждение происходит при смене вывода (снова PortB, 5) на высокий уровень, который отправляет программу ждать изменения от кодировщика (вывод 19, PortB, 7), и циклы повторяются.Выход (PortD) управляет шестью транзисторами 2N3904 NPN через шесть резисторов 4,7 кОм, а транзисторы, в свою очередь, управляют реле 12 В, заземляя отрицательную сторону (контакт 16).

Когда питание схемы отключено, диод 1N4001 на контакте 20 микроконтроллера изолирует микроконтроллер и конденсатор емкостью 0,33 мкФ от ЖК-дисплея и реле. В этой конфигурации единственное питание, которое видит конденсатор, — это питание микроконтроллера в спящем режиме; при пробуждении заряжается до 4.3 В (5 В минус потери 0,7 В на диоде 1N4001). Не заменяйте этот диод на диод Шоттки, потому что он имеет слишком большую утечку, и преимущество падения напряжения не компенсирует дополнительную нагрузку на конденсатор емкостью 0,33 Ф.

Рисунок 3: Дисплей потенциометра.
Строительство
Сборка схемы проста с использованием компонентов SMD и сквозных отверстий (Фото 2). Единственные компоненты, отсутствующие на плате, — это ЖК-дисплей, который подключается с помощью одного пятиконтактного разъема под углом 90 °, и энкодер.При желании вы можете подключить ЖК-дисплей с помощью жгута проводов, который продлен до передней панели, как это можно сделать с кодировщиком. В моем случае я прикрепил дисплей к основной плате и кодировщик проводами (их четыре).

Сначала соберите основную плату и проверьте напряжение, прежде чем вставлять кодировщик или микроконтроллер. На контакте 20 разъема IC должно быть около 4,3 В, а на энкодере должно быть около 5 В. Положительная сторона реле (контакт 1) должна иметь 12 В. Это поляризованные реле, которые не будут работать с B +, подключенным к вывод 16.ЖК-дисплей также должен быть подключен после первоначального тестирования и иметь 5 В на контакте 1. Питание схемы может подаваться от трансформатора 12 В при 300 мА или 15 В постоянного тока. Это удобно для отключения питания звука при использовании в качестве стерео-потенциометра.

Я разместил вспомогательные релейные платы для дополнительных каналов на 19-миллиметровых (3/4 «) стойках и пропустил провода через разъем к главной цепи. Поместите микросхему драйвера AY0438 на нижнюю сторону платы ЖК-дисплея, а ЖК-дисплей сверху. Два светодиода SMD (я использовал желтый) освещают дисплей в условиях низкой освещенности.

Я также вставил кусок молочно-белого лексана между светодиодами и нижней частью дисплея, чтобы рассеять свет, падающий на его нижнюю часть, прежде чем я припаял его на место. Хотя это и не требуется, но это добавляет приятный штрих. Я не создавал специальный футляр для этого горшка, потому что он входит в мою последнюю аудиосистему. Это устройство также будет хорошо работать в активном управлении звуком вместе со схемой переключения входа, подключенной к предусилителю.

Я разместил на платах реле регулировочный резистор (R9), чтобы помочь при использовании схемы в различных приложениях.В моей аудиосхеме я просто замкнул R9, чтобы удалить его из схемы, на месте которой должен быть либо резистор, либо короткое замыкание.

Фото 1: Готовая печатная плата.
Заключение
Этот дизайн получился исключительно удачным; он работает без сбоев, а его точность намного лучше, чем когда-либо могла бы понадобиться аудиосхема. Мне нравится то, что он действует как плавный переход при переходе с одного уровня на другой.

Я никогда не понимал, зачем вставлялись фиксаторы в аудиогидравлические горшки, особенно с тем, что многие из них имеют только 24 определенных уровня.Мне всегда кажется, что я слушаю где-то между двумя фиксаторами, и несколько тумблеров не лучше. Этот горшок с 64 уровнями и прецизионными металлическими пленочными резисторами трудно превзойти по звуку или оборудованию. Надеюсь, вам понравится строить и использовать его так же, как мне нравилось его проектировать! aX

Технические характеристики
• Шум: менее 5 мВ
• Линейность лучше 0,1%
• Максимальная погрешность менее 0,1%
• Пиковый ток 110 мА, два канала
• Размеры основной платы: ~ 5.