怎樣提高數字定位器的帶寬

2 有限的調整范圍
在許多應用中，數字電位器用于信號微調，而無(wú)需從0％到100％的滿(mǎn)量程調整，例如：一次性工廠(chǎng)校準等。在這些應用中，數字電位器一般提供10％以下的調整范圍。正是借助這一有限的調整范圍來(lái)提高數字電位器的帶寬。 字串1

3 典型應用電路
圖1為電位器典型的電路配置，圖中，數字電位器用于改變信號的衰減量。R2為數字電位器，Cwiper為寄生電容，該電容是所有數字電位器固有的，它限制電路帶寬。當電位器在0至滿(mǎn)量程之間擺動(dòng)時(shí)，R1和R3用于限制數字電位器引起的信號衰減。

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需要說(shuō)明的是：由于該電路采用運算放大器，可用于信號放大和衰減。因此，以下介紹的提高帶寬的方法與所選電路拓撲無(wú)關(guān)。為計算電路的傳輸函數(VOUT/VIN)，可使用不同模式的電位器，見(jiàn)圖2。圖中，R2被分為R2top和R2bottom，其中，R2top是電位器觸點(diǎn)以上的電阻，R2bottom是電位器觸點(diǎn)以下的電阻。假設使用的電位器具有10 kΩ的端到端電阻(忽略觸點(diǎn)電阻的影響)，R2top和R2bottom是相對于數字編碼的理想傳輸函數，如圖3所示。傳輸函數的兩個(gè)端點(diǎn)和中點(diǎn)：當電位器編碼為0時(shí)，R2top=10 kΩ，R2bpttom=0kΩ；而當電位器編碼處于中間位置時(shí)，則R2top=R2bottom=5 kΩ；當電位器編碼處于滿(mǎn)標位置時(shí)，R2top=0 kΩ，R2bottom=10 kΩ。

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由圖2得出VOUT/VIN的直流傳輸函數：
VOUT/VIN=(R3+R2bottom)/(R1+R2+R3) (1)

式中：R2=R2top+R2bottom 字串7

假設R2=10 kΩ(常用數字電位器電阻值)，如果希望把輸入信號衰減到任意電平，例如，輸入值的70％±5％(輸入值的65％～75％)。然后，運用相關(guān)運算，調整范圍為65％~75％，標稱(chēng)值f中間位置)為70％：R1=24．9 kΩ且R3=64．9 kΩ。

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4 典型應用電路的帶寬
利用式(1)中的R1和R3電阻值，假設Cwiper=10pF，獲得表l所列的帶寬。實(shí)際觸點(diǎn)電容在3～80 pF內，并與觸點(diǎn)電阻、步長(cháng)數、采用的IC工藝及電位器體系結構等有關(guān)。3～5 V供電、32至256步長(cháng)的10 kΩ電位器的典型電容值為3～10 DF。

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*注意，帶寬與觸點(diǎn)電容成反比。采用3 pF Cwiper，帶寬頻率將提高3.3倍對于視頻等應用，這些帶寬還是過(guò)低。 字串8

需要注意的是，這里分析基于的假設是：觸點(diǎn)電容與電位器電阻并聯(lián)，由此限制電位器的帶寬。該方法是最直接的電位器使用方式，如果采用更復雜的電位器配置，可能會(huì )進(jìn)一步限制帶寬。因此，討論提高帶寬非常有必要，即使實(shí)際帶寬未達到預期目的。 字串4

5 提高電路帶寬
提高電路帶寬最明顯方法是選擇較低阻值的數字電位器，例如，1 kΩ電位器，按比例調整R1和R2(1 kΩ電位器與10kΩ電位器相比，阻值減小10倍)。然而，低阻值數字電位器(1 kΩ)一般占用較大的裸片面積，意味著(zhù)較高成本和較大封裝尺寸，出于這一原因，1 kΩ電位器的實(shí)際應用非常有限。如果某一電位器能夠滿(mǎn)足設計要求，10kΩ電位器的帶寬會(huì )隨著(zhù)電阻的減小而線(xiàn)性提高，例如，提高10倍(假設雜散觸點(diǎn)電容無(wú)變化)；或使用1 kQ電位器，設置Rl=2.49 kΩ，R3=6．49kΩ，觸點(diǎn)電容為10 pF，電位器設在中間位置，可獲得1．15MHz的―0.1 dB帶寬，及7．6MHz的-3dB帶寬。這比表l中的帶寬提高10倍。 字串1

6 使用10 kΩ電位器，改變電路拓撲
與1kΩ電位器相比，選擇5kΩ和10 kΩ電位器可能是更好的解決方案，可以獲得更小封裝的電位器，從中選擇易失或非易失存儲器，也有更多的數字接口(up／down、I2C、SPITM)以及調整步長(cháng)(32、64、128、256等)可供選擇。出于這一原因，設計實(shí)例選用10 kΩ端到端電阻的電位器。假設成本、體積、接口以及電位器調整步長(cháng)等因素的限制，需使用10 kΩ端到端電阻電位器，這種情況下提高典型應用電路的帶寬的方法是去掉電阻R1和R3，使用步長(cháng)數多于該電路要求的電位器。例如，32步長(cháng)電位器獲得10％的調整范圍，按照上述介紹，可以選擇替換這一步長(cháng)的電位器，而使用256步長(cháng)電位器，去掉R4和R6，限制電位器的調整范圍在達到要求衰減的編碼65％～75％內。所使用的編碼是從0．65×256 (使用166)到編碼0．75×256(192)。該實(shí)例使用一個(gè)256步長(cháng)的電位器；由于有限的編碼將可用步長(cháng)數限制在26，即10％的調整范圍，僅用了256步長(cháng)的10％。 字串5

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