2019年08月08日 | 数字电位器模拟对数抽头，以准确设置增益

2019-08-08 来源：EEWORLD

数字电位器(dpot)是一种常见组件，采用各种封装、电阻和分辨率。但是，除了电阻和设置之间的常规线性函数，它并无其他效用。对于需要广泛的动态增益调整范围（例如数十倍频程）的应用来说，这会造成一些问题。

以一款放大器为例，你使用8位（256中的1个）分辨率电位器，将其增益设置为0至10,000 (80dB)。当电位器设置与电阻（线性锥度）成线性关系时，dpot设置与增益成线性关系。在256个电位器设置中，每个步进都表示约40的增益幅度增加（即增益步进为0、40、80、120、160等）。

对于8或以上的dpot设置（增益>300），这给增益设置提供了不错的分辨率，可以实现每个步进1dB或更低的增益控制。但是，当设置值低于8时，增益分辨率大幅降低。例如，如果你需要将增益设置为100或以下，你没有办法以任何有意义的精度达到必要的值，你只能选择80或120左右的值。

如果具备准确、稳定、高分辨率，且带有对数抽头的数字电位器（电阻对数与设置成正比），就很容易安排增益控制电路，在整个调整范围内提供恒定的分辨率（增量单位：dB）。遗憾的是，目前并没有具备出色分辨率（例如，步进小于 6dB）的对数数字电位器（对数dpot）。

但并非全无用处。图1所示的Design Idea采用普通的线性抽头电位器（例如，ADI提供的价格便宜的双极 AD5200 )，AD5200）实现了相近的对数增益控制。

图1 线性数字电位器模拟对数抽头

如果Dx（上方所示）表示游标设置(0 – 255)，我们可以采用分段求解的方式，轻松得出放大器增益Vout/Vin与Dx的设计公式。首先，作为Vin的函数，求解游标电压(Vw)：

接下来，作为Vw的函数，求解Vout：

然后，将公式1和2结合在一起：

毫无疑问：

由此得到：

图2 dB增益（y轴左半段）和增益集分辨率（y轴右半段）与Dx（x轴）之间的关系

认真看看得出的增益公式，可以看到这些有意思的地方：

Dx/(255 - Dx)的近似对数性质。如图2所示，当R2/R1=100，Dx = 8时，得出的增益=~10dB；Dx = 23时，增益为20dB；Dx = 128时，增益为40dB；Dx = 232时，增益为60dB；Dx = 247时，增益为70dB。在整个60dB =1,000至1范围内，增益设置的分辨率仍然不超过1dB，这一点尤其重要。此外，Dx =0时，增益设置为0，同时Dx = 255选择开环。

同时，在A1馈电和A2输入（图1）端使用RAB电阻元件可以将RAB公差和温度系数(tempco)（AD5200中为+/-30%和500ppm/oC）与灵敏度进行比较，R1和R2是增益集精度的唯一决定因素。

如果需要高于8位(1/256)的分辨率，可以将10位AD5292等部件放入拓扑中，获得高于4×的增益设置精度。谨记，增益公式中出现255时，要替换为1023！或者，更概括地说，如果N表示位数：

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