如何利用DCP獲得更精確的性能

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

DCP是通過(guò)電阻的組合來(lái)實(shí)現的，電阻R通過(guò)串聯(lián)連接著(zhù)CMOS開(kāi)關(guān)，如圖1。

圖1：DCP電阻陣列。

電阻陣列的物理兩端，即RH和RL端，等效于機械電位器的固定端。動(dòng)觸點(diǎn)RW通過(guò)CMOS開(kāi)關(guān)一次一個(gè)地連接著(zhù)中間節點(diǎn)，等效于機械電位器的動(dòng)觸點(diǎn)端。

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

在應用設計中，DCP主要有兩種用途：用作分壓器和變阻器。

電壓分壓器模式

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

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

圖2：高精度電壓分壓器

動(dòng)觸點(diǎn)m的輸出電壓Vout可以計算得到(公式1a和1b)：

或

其中m為當前動(dòng)觸點(diǎn)的位置，n為抽頭的總數。

從公式1b中可以看出，電阻精度可以忽略且對輸出Vout沒(méi)有任何影響。

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

圖3：不同精度的例子

圖3中帶有R1和R2電路的輸出函數為(公式2)：

其中n為抽頭的總數，m為當前動(dòng)觸點(diǎn)的位置。

需要注意的是，動(dòng)觸點(diǎn)電阻沒(méi)有包含在內，這是因為其對該特定的配置沒(méi)有任何影響，同時(shí)我們假設使用的是理想運放。

變阻器模式

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

圖4：變阻器的結構。

在變阻器結構中，如圖4a，動(dòng)觸點(diǎn)電阻出現在電阻串部分并聯(lián)時(shí)，其效應取決于所選的動(dòng)觸點(diǎn)位置。

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

可增加電路精度的設計實(shí)例

即使常規的DCP初始精度為±20%，應用的精度可以通過(guò)使用一些特定的技術(shù)來(lái)提高。例如，圖3的設計通過(guò)簡(jiǎn)單的修改即可獲得更高的精度，如圖5所示。

圖5：在分壓模式下提高精度的例子

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

當DCP用作變阻器時(shí)，通過(guò)將DCP和高精度固定電阻的串并聯(lián)配置，可以得到更好的精度，如圖6。

圖6：DCP與固定電阻的串并聯(lián)配置

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

表1：DCP與固定電阻的串并聯(lián)配置

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

表2：不同抽頭對應得DCP分辨率