數(shù)字電位器(dpot)是一種常見組件，采用各種封裝、電阻和分辨率。但是，除了電阻和設(shè)置之間的常規(guī)線性函數(shù)，它并無其他效用。對于需要廣泛的動(dòng)態(tài)增益調(diào)整范圍(例如數(shù)十倍頻程)的應(yīng)用來說，這會(huì)造成一些問題。

以一款放大器為例，你使用8位(256中的1個(gè))分辨率電位器，將其增益設(shè)置為0至10,000(80dB)。當(dāng)電位器設(shè)置與電阻(線性錐度)成線性關(guān)系時(shí)，dpot設(shè)置與增益成線性關(guān)系。在256個(gè)電位器設(shè)置中，每個(gè)步進(jìn)都表示約40的增益幅度增加(即增益步進(jìn)為0、40、80、120、160等)。

對于8或以上的dpot設(shè)置(增益>300)，這給增益設(shè)置提供了不錯(cuò)的分辨率，可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)步進(jìn)1dB或更低的增益控制。但是，當(dāng)設(shè)置值低于8時(shí)，增益分辨率大幅降低。例如，如果你需要將增益設(shè)置為100或以下，你沒有辦法以任何有意義的精度達(dá)到必要的值，你只能選擇80或120左右的值。

如果具備準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高分辨率，且?guī)в袑?shù)抽頭的數(shù)字電位器(電阻對數(shù)與設(shè)置成正比)，就很容易安排增益控制電路，在整個(gè)調(diào)整范圍內(nèi)提供恒定的分辨率(增量單位：dB)。遺憾的是，目前并沒有具備出色分辨率(例如，步進(jìn)小于6dB)的對數(shù)數(shù)字電位器(對數(shù)dpot)。

但并非全無用處。圖1所示的Design Idea采用普通的線性抽頭電位器(例如，ADI提供的價(jià)格便宜的雙極AD5200)，AD5200)實(shí)現(xiàn)了相近的對數(shù)增益控制。

圖1 線性數(shù)字電位器模擬對數(shù)抽頭

如果Dx(上方所示)表示游標(biāo)設(shè)置(0–255)，我們可以采用分段求解的方式，輕松得出放大器增益Vout/Vin與Dx的設(shè)計(jì)公式。首先，作為Vin的函數(shù)，求解游標(biāo)電壓(Vw)(計(jì)算如下圖)：

圖2 dB增益(y軸左半段)和增益集分辨率(y軸右半段)與Dx(x軸)之間的關(guān)系

認(rèn)真看看得出的增益公式，可以看到這些有意思的地方：

Dx/(255-Dx)的近似對數(shù)性質(zhì)。如圖2所示，當(dāng)R2/R1=100，Dx=8時(shí)，得出的增益=~10dB;Dx=23時(shí)，增益為20dB;Dx=128時(shí)，增益為40dB;Dx=232時(shí)，增益為60dB;Dx=247時(shí)，增益為70dB。在整個(gè)60dB =1,000至1范圍內(nèi)，增益設(shè)置的分辨率仍然不超過1dB，這一點(diǎn)尤其重要。此外，Dx=0時(shí)，增益設(shè)置為0，同時(shí)Dx=255選擇開環(huán)。

采用電位器游標(biāo)作為輸入端子的策略有效地將游標(biāo)觸點(diǎn)移動(dòng)到放大器A1的饋電回路中(圖1)，從而消除了作為誤差項(xiàng)的影響，提高了增益設(shè)置的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性。

同時(shí)，在A1饋電和A2輸入(圖1)端使用RAB電阻元件可以將RAB公差和溫度系數(shù)(tempco)(AD5200中為+/-30%和500ppm/oC)與靈敏度進(jìn)行比較，R1和R2是增益集精度的唯一決定因素。

如果需要高于8位(1/256)的分辨率，可以將10位AD5292等部件放入拓?fù)渲?，獲得高于4×的增益設(shè)置精度。謹(jǐn)記，增益公式中出現(xiàn)255時(shí)，要替換為1023!或者，更概括地說，如果N表示位數(shù)：

Dx=(2N–1)增益(R1/R2)/(1+增益(R1/R2))