原创 带运算放大器的数字电位器DS1667

DS1667内含两个集成电路电位器，它可以通过计数法选择电阻元件的办法来调整，每个电位器由256个电阻元件组成，在每一个电阻段都有可连接到游标的抽头。电阻阵列中游标的位置由一个8位寄存器来设定，该寄存器控制游标的输出端连接在哪一个抽头上。每一个8位寄存器通过一个3线串行口送出或接收数据位来进行读/写操作。另外，两只电位器串联可组成一个512个电阻段的单一电位器。当两个电位器分开使用时，DS1667的分辨率等于电阻器的阻值除以256。当电位器串联时，电阻器的阻值是原来的2倍，但分辨率不变。DS1667中包含2个高增益宽带运算放大器，每一个运算放大器各有一个同相和反相输入端，一个输出端，供用户设计使用。运算放大器和电位器共同完成某些功能，如模/数转换，数/模转换、可变增益放大器、可变频率振荡器等等。

2引脚排列及说明

　　VCC＋5V电源

　　GND地

　　L0、L1电位器低端

　　DQ串口输入/输出端

　　H0、H1电位器高端

　　CLK串口时钟输入端

　　W0、W1电位器游标端

　　COUT级联的串口输出端

　　VB运算放大器的负电源端

　　NINV0、NINV1运算放大器同相输入端

　　SOUT堆栈结构的游标输出端

　　INV0、INV1运算放大器反相输入端

　　RST串口复位输入端

　　OUT0、OUT1运算放大器输出端

3主要特点

　　这种数字电位器的主要特点如下：

　　·两个用数字控制的256位电位器

　　·串口为两只电位器提供置位和读出的方式

　　·两只电位器串联起来可提供附加分辨率

 

图1DS1667的引脚排列

 

图2原理框图

　　·上电时游标的缺省位置为电阻器阻值的1/2位置处

　　·电位器两端点之间电阻元件的温度补偿可以达到±20％

　　·两个高增益的宽带运算放大器

　　·低功耗的CMOS设计

　　·应用模/数转换和数/模转换、可变频率的振荡器、可变增益的放大器等

　　·20引脚双列直插（DIP）封装，20引脚的SOIC表面贴装

　　·工作温度范围：0℃～70℃

　　·电阻器的阻值电阻器的阻值分辨率－3dB点

DS1667－1010Ω39Ω1.1MHz

DS1667－5050Ω195Ω200.0kHz

DS1667－100100Ω390Ω100.0kHz

4数字电位器部分的工作原理

　　DS1667数字电位器部分的原理框图如图2所示，由图2可知，DS1667包含两个电位器，每个电位器有各自的游标，它由一个包含在8位寄存器中的数值来设定。每一个电位器由256个阻值相等的电阻器组成，相互间以及和最末端电阻器之间是以抽头连接的。

　　另外，电位器可以用串联的形式堆积起来，也就是说，电位器0的高端连接到电位器1的低端，作为堆栈电位器，堆栈选择位用来选择哪个电位器的游标将出现在多路输出端SOUT。如果0写进堆栈多路输出分配器，将连接游标0到SOUT引脚。这个游标将决定从堆栈电位器底部的256个抽头中选择哪一位。如果1被写进堆栈多路输出分配器，将选择游标1，堆栈电位器上部的256个抽头中的其中之一连接到SOUT引脚。

　　通过17位I/O移位寄存器，数据可以从游标0和游标1寄存器以及堆栈选择位中读出或写入。I/O移位寄存器是3线串行口负载，而3线串行口由RST、DQ和CLK组成。它通过传送17位数而修改数据。只有当RST输入高电平时，才允许通过DQ引脚串行写入数据。在RST端变为低电平以前，电位器总保持以前的数值不变。当RST变为低电平后，电位器的数值才会改变，当RST输入为低电平时，DQ和CLK输入不起作用。

　　当RST是高电平时，CLK输入端由低到高转变，有效数据被写进I/O移位寄存器。无论时钟输入是高电平还是低电平，DQ引脚的输入数据都可以改变，而只有满足设置要求时DQ引脚的数值才被送入移位寄存器。数据写入总是以堆栈选择位的数值开始的。送入的下一个8位是规定电位器1的游标设定数值，这8位数据的最高有效位首先送出，接下来的8位是规定电位器0的游标的设定数值，首先送出的也是最高有效位。送入的第17位数据，是游标0设定的最低有效位。如果写进的数据少于17位数，电位器设置的数值将是被写进的数据加上以前未转换的保留位。如果写进的数据大于17位，最后的17位数据留在移位寄存器中。因此，如果送进的数据不是17位，将导致电位器设置不准确。

　　当多位数据被写进移位寄存器时，以前的数据通过级联串行口引脚COUT逐位移出，通过连接一个DS1667的COUT到另一个DS1667的DQ引脚，多个电位器能象链子一样串接在一起，如图3所示。

　　

图3写数据

 

 

图4级联多个器件

 

 

图5读数据

 

 

图6可编程序的差动放大器

读数据时，DQ引脚处于悬浮状态。当RST保持低电平时，位17总是出现在COUT引脚，它通过电阻器反馈回DQ引脚（如图4），该数据通过读设备读出。RST引脚变成高电平则启动数据的传送。CLK输入端从低到高转变时，位17被送进I/O移位寄存器的第一位，位16出现在COUT引脚和DQ引脚。当17位全部传送完后，数据已完全移至初始位置。当RST变回低电平以结束数据传送时，数据（类似于读发生以前的数值）被送进游标0、游标1的寄存器和堆栈选择位。

　　对于DS1667，每次加电应用时，电位器的游标设置在一半的位置，堆栈选择位设置在零点。

5运算放大器

　　DS1667包含两个理想运算放大器，它的工作电压是5V或±5V（如图1），内部电阻分压器设定运算放大器的内部参考值是两个供电电源的平均值，即（VDD＋VB）/2。为了得到最佳工作特性，选择该值作为模拟地参考值。

6DS1667的参数

　　（1）极限工作条件

　　任意引脚相对地的电压：－0.5V～7.0V

VB=5.5V时，电阻器引脚电压：－5.5V～7.0V

　　VB的电压：－5.5V～地

　　工作温度：0℃～70℃

　　贮存温度：－55℃～125℃

　　焊接温度：260℃（10秒钟）

　　（2）电位器的推荐DC工作条件

　　表1示出电位器的工作条件，温度范围为0℃～70℃。

表1电位器的DC工作条件

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
正极电压	VCC	＋4.5	5.0	5.5	V
输入逻辑1	VHI	2.0		VCC＋0.5	V
输入逻辑0	VIL	－0.5		＋0.8	V
负极电压	VB	－5.5		GND	V
电阻器输入端	L、H、W	VB－0.5		VCC＋0.5	V

　　（3）运算放大器的主要电气特性

　　运算放大器的主要电气特性如表2所示。

表2运算放大器的电气特性

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
输入失调电压	VOS		5	10	V
输入失调电压漂移	VOSD		10		μv/℃
共模抑制比	CMR		62		dB
输入共模电压范围	CCCM	VB＋1.5		VCC	V
输出摆幅	VSWGH		4.7		V
单位增益带宽乘积	GBP		2.5		MHz

7应用实例

　　因DS1667是数字控制和可编程序的，所以它们主要应用在自动控制方面，作为固定增益衰减器，可变增益放大器和差动放大器，如图6所示。根据需要可以更准确、更灵活、更高速地工作。DS1667有两个独立的电位器可以利用，有两个独立的运算放大器可以和电位器连接起来使用，也可分开使用。