CC BY
70Цифровые потенциометры от Dallos Semiconductor
В статье «Цифровые потенциометры» («Компоненты и Технологии» N° 5, 2001) была приведена информация о приборах этого класса, терминологии и принципах построения электронных схем с использованием цифровых потенциометров. В данной статье представлены дополнительные сведения, которые могут помочь разработчикам радиоприборов в использовании цифровых потенциометров, изготовленных фирмой Dallas Semiconductor (DS).
Анатолий Шитиков -г-^ S производит твердотельные потенциомс
I 1 тры с цифровым управлением. Для пользе[email protected] натсля такие иотепциомсгры по сравнению
с обычными объемными потенциометрами прел
ю ПОТЕ НЦОМЕТР-О НО
t PCS 64 I
'¡’■’і
PCSO
МУЛЬТИПЛЕКСОР Ó5-.-I
ыд
»ST
СІК
о
I LI ПОТЕИЦОМПР-І I Hll
«4 j юо
МУЛЬТИПЛЕКСОР 65 ••1
ьлок
КОМАНД/
УПРАВЛЕНИЯ
з-
|UC1)VU (OCI)VO (ОСО) BO (DCO)Bl
Рис. 1. Бло*- схема цифроюго потенциометра DS 1802
PROCCESSOR
DSI802 V DS1802 •] DS1802
»1 »2 Чп
1 Соит 1 Coy,
wv
Дополнительный розистор обратной связи для чтения донных (2-10 кОм)
Рис. 2. Каскадмое соединение приборов 0S1802
ставляют интерес благодаря своей надежности точности, современному способу управления от центрального процесора и размерам.
И качестве примера рассмотрим двойной погеи-циометр для систем звукозаписи — РМ802. Его структурная схема представлена на рис. I
DSI802 обеспечивает логарифмическую хлракте рнстику регулировки сопротивлении. Весі, диапазон «' сопротивлений 0—15 кОм разбит на позиций « тагом 1 дБ. Для работы прибора без исно іьзоваїни ; центральною и|ч»цессора предусмотрено кнопочное управление. При использовании центрального щи» цессора для позиционировании «щетки» применяется 3 проводим ft последовательный пн rcp4x*ftc. и котором параметры настройки определив. ¡S разряд' нос слово. Каждый потенциометр може; работал либо независимо, либо в режиме стерео, когда паз
ОбеИМИ ПОЗНЦИЯМи «ЩеТОК» ПРОИЗВОДИТСЯ Є ІННМП
контроль. 63 позиции - щеток» снижай т уровень сигнала до -63 дБ- В 64 и позиции происходит ослабление сигнала до уровня не менее -9(1 дБ.
DSI802 имеет четыре вывода для управленій кнопками. Их обт,единение с выводами ' правления режимами позволяет получить восемь функций управлення ОТ КНОПОК.
Приборы DS18U2 обеспечивают иідком».и|>фекпш нос регулирование уровня громкости н гона звукозаписи. заменяя механические иотеиииомегры в различным устройствах — проигрывателях компакт-дисков, гитарных усилителях, звуковых картах.
Особенностью DSI802 является воіможносп управления большим числом приборов от одного процессора. Для этого их соединяют в цепоч-1 ку, как покизіно на рис. 2. Примерно через 50 неї после подачи управляющего би га па вход I) сдвн-1 гового регистра, он появляется на нііходс CoutJ Таким образом, управляющий бит поступает iuji информационный вход І) следуютео прибора.! При любом количестве соединенных приборов! длина управляющего слова осгаетси равной 161 разрядам. Для циклической синхронизации даи-1 ных во всей цепи приборов между выходом Coull
RJl I
DB-25
♦Vomp
5
17
4
U2
I5KU
-СПЗ-4
т
- і
-HZ
■°-----о-Нн=
-о Slide
—HZ
♦ I
=FlOnF і—
±WF ♦1
-Vomp
U2: NE5532
DS1802
1 GND Vcc 20
2 Cowl VU(UCI) 19 ЗСІК VDJDC1) 18 4D BO(UCO) 17 5RST\ В1 (DCoJ U
6 ZCEN\ MUTE 15
7 NODE AGND U
В WO HI 13
’10 II 1?
10H0 wi II
□—
Vcc
: V* V Puih ▼ 1 - /~і Л А
г і А Л и V f Pu»h
1 - Л/ V Poih
Г 1 ^ ГУ _ Pu»h
г V V/ Poih
=j=IO|.F
I
U2
GND
•♦INI
—*4 —4
• OUT I
— 4.7MF 4= 4.7MF
U2
• OUTO
IN0
Рис.З.
последнего DSI £02 и оходом мерною у ста наминается резистор обратной связи пели •шиоА 2-10 кОм.
Разработчикам звукомч производящей ац паратуры часто недостаточно данных, приводимых и технической документации. Нужны ирлтеристики, которые МОЖНО оценить II ¿равнить дли ныбора наилучшего » данном применении прибора. Некоторые lu таких ха {мкпристнк лля сдвоенною потенциометра DS1802 приведены в этой статье.
Конфигурация испытательной схомы
Дл«оценки характеристик звуковосиронзве зоша при нсполь:н)паннн потенциометров 161802 была собрана схема, представленная на рк. 3. Она состоит из двух ОУ NE5532, нклк» wiiiui и неипвертирующем режиме с единичным ко.*|>фнциснгом усиления. Входы них буферов аканиены с каждой «щеткой- PSI802.
С целью минимизации влияния посторон него шума на результаты измерения входные и находные соединения были выполнены экранированным кабелем, а земляные шины соединены н общую точку. PS1802 и NK5532 были напитаны от отдельных источников.
Собранная схема была установлена внутри методической коробки, являющейся экраном. Ям подачи входных и выходных анналов не оолмопались соединители байонетною типа.
При измерениях характеристик исполню висл «удноаиалнзатор «Audio Precixion — Syjiein One Л* иол управлением персонально го компьютера. Были намерены полный ко зффиоиент гармоник + шум (TDH+N), нн-гермодудицнонные искажения ||.МГ>), пере
крестные помехи, абсолютная погрешность и соответствие внутренних каналов.
Абсолютная погрешность
Абсолютная погрешность определяется как разность между ожидаемым напряжен» ем и измеренным напряжением выхода в данной позиции -щетки*. ‘До техническим условиям 1)$1802 должен обеспечим, абсо потный допуск ±0,5 дБ во всем диапазоне познцноии-ровання -щетки-. Испытыва лось пять приборов. В любой точке ПОЗНЦИ оиировання -щеток» абсолютная иогреш нос п. в этих испытаниях не превысила
-0.2 дБ, что хороню согласуется с предела мн. указанными в документации
Межканальное соответствие
В PS1802 имеется два потенциометра. Меж канальное соответствие определяется как разность между одинаковыми позициями «щетки» потенциометра 0 и потенциометра I. І Іапримср, -щетка- на позиции 15 потенцію метра 0 и потенциометра I должна давать по казання сигнала, который, согласно сиецифн кации на PSI802, не должен превышать ±0.25 дБ. Измерения показали, что межканальноа соответствие находится в пределах ±0.05 дБ.
Ро*-0 ЗОКНі-'A’WTG -«-Pol-l 30KHx**A"WTG Pot-0 30KHx-Fili*r OB — Pol-1 30KHj-f.lt* ОН
Рис. 5
что тоже является хорошим ІІОДІНсржДСНИСМ П|Ч‘дс.1он но спецификации.
Полный коэффициент гармоник + шум
Полный коэффициент гармоник і шум (THiHN) как функция частоты представлен ни рис. I 6. На рис. I покапан результат для сигнала, ограниченного полосой ВО кГн. не имеющего дополнительной фильтрации, на рік. 5 - для сигнала, ограниченного полосой ЗО к1П и нключающего составляющую от А-весового фильтра, на рис 6 — дли входного сигнала, ограниченного полосой 22 кГц и включающего составляющую от Л несомого фильтра. Результати получены при 5-вольто-пом источнике питания, напряжении входного сні нала I В (среднеквадратичное значение). Щетка» была устанонлсна п о-н полиции (-fr лі» ослаблення). Такая установка «щетки* предусматривает самый плохой результат проверки параметра ТИП + N.
Л весовой фильтр является специфическим фильтром нагрузки, используемым дли спя тим шумовых характеристик цифроных по генциометров. Fro параметры близко к акустическим характеристикам уха человека в диапазоне твуковых частот (см. материалы \мериканского национально!о института стандартов ANSI S 1.4 н рекомендацию 179 Международной электротехнической комиссии IEC).
Имтермодуляционные искажения (IMD)
Яти получения результатов измерении 1111 термолуляциопиых искажений могут нсиоль мниться различные методики. Так. стандарт SMP11 (Общество инженеров кино и те 1ЄВП пеним) предусматривает испытательный сигнал и л лвух гармонических колебаний: один тон низкочастотный, высокой амплитуды линейно объединяется с высокочастотным rap монпческим колебанием в 1/4 амплитуды низкочастотного тока. При подаче испытательного двухтональиого сні нала (ннзкочас го гною на 601 ц н высокочастотною на 7 кГц)
па нелинейный прибор появляются иролук гы взаимной модупиши и виде боковых полос около нысокочастотного юна. Процентное содержание интермодуляционных искажении определяется как процент от модуляции амплитуды, представленной вторым и третьим порядком пары боковых полос вмсокочастогиош сигнала. Второй поря док боковых полос около высокочастотного юна располагайся на частоте I'll 1 FI. Третий порядок боковых полос соответствует удвоенной частоте ни IK04.U тотной составляющей I'll і 2ГІ. (Пін И соответствуют высокочастотно му н низкочастотному тону).
Результаты шнермодуляинонных искажений їв» стандарту SMPTI: представлены на рис. 7.
Перекрестные помехи
Для измерении перекрестных помех на потенциометр о і її) vпп.тонною аудиоаиалп за юра подавался тсстопый сигнал. Со ••щет ки» потенциометра 0 снимаемый сигнал поступал на вход канала Л аудиоанализатора. -Щетка* потенциометра I была подключена ко входу канала В аулпоанализатора. Іамер производился и лвух режимах. В одном из них терминалы /// и 1.1 потенциометра I оставались открытыми, в другом — заземля-
дись. Таким образом, потенциометр I. именно его «щетка«, используется ак точ срапнення проникания сигнала п одног потенциометра (0) в другой (1). < авпеш входных сигналов аудиоаналн.мто »а по к налу Л н каналу Н дает уровень ш рекрест пых помех. Графические данные р> ультато! измерении в обоих режимах прел тавлеш на рис. 8.
Как видно из диаграмм, все хар.ч гериств кн. полученные экспериментальны 1 путем приведенные в статье, существенно шже укд занных в технических данных и. DS1802 Хотя здесь не приведены нечер! шаюпни данные о цифровом iiotchiuiomcmj-. , есп. на лежла, что представленная ннфорхт шя от» сигся к то1\. которая необходима р. рабогчп кам аудиоаппаратуры.
Большее разнообразие пыпус» емых 1>: цифровых потенциометров дает во иожносп разработчикам различной радиоаппаратур! использовать те цифровые потенi иометрм которые полностью соответствую гребова ниям на налелпе. Ниже приведет ! хновны характеристики еще нескольких i ифровы: потенциометров от DS.
DSI666— цифровой резистор ля звуко воспроизведения. Он имеет лога; (фмнчсс кую шкалу п 128 точек позициоп фоваиня Уровень диалогового сигнала мо сет имет значение ±5 В. уровень сигналов пфровоП управления от 5 В. Значения u> i рот и влет ннп резистивной матрицы и< ут бьгп 10 кОм. 30 кОм, 100 кОм.
|)SlN»7 сдвоенный ЦнфрОВОИ Ю1СНЦИО метр и два операционных усилите, к Кажды! нотеиииометр формируется из 2?о uicmciitoh и от каждого имеется точка отвол i на «щет ку*. «Щетки» устанавливаются 8 разрядник регистром управления. Данные в егистр по ступают но 3-проводному после, нвательно му интерфейсу. Кроме тою. сонр )тивлеин4 резисторов можно суммиронать. ч о дает во» можиосгь получать один потенциометр III* 512 элементов. Широкополосные иерацион| ные усилители могут работать uai. »инвертт руюшем, так и неиивертируюш« м режим В целом DS 1667 может ИСПОЛЬЗОЬ ТТЬСЯ В ЦП фроаиалотоных или лналого-иифюпых п образователях.
-а-Гм-бЗЗК" -•A-WTO
.-A'SVTO
-*-P*i.O J2KH
F -.-о.*.
Рис. 6. Зависимой THD+N от частоты при ограничении полоси но 22 «Гц
Amptaud»(Vrmi)
Put. 7. ісіисихос** иитермоду/мцмоикых исіаяеиий от амплитуды (по SAMPlf)
--- % Ро»-0 -*• ?о>-1
DSI804 — энергонезависимый цифровой потенциометр триммер, который имеет 100позиционных отводов. І Ірнборобеснечи ыет идеальный метол для подстройки в дешевых применениях, где используется мнкро швтроллер нлп ручной ввод управления с минимальной внешней схемой. Позиция •шсток* может сохраняться в памяти СППЗУ, а тиснение ланнмх производится через Злроводный последовательный Шітсрфеїк". Прибор работает от источника питання З нлн З В »индустриальном температурном классе.
DS1807—слвоенный цифровой потенциометр на 64 позиции каждый, с логарифмической характеристикой сопротивлений для ре гулированнм звука Р.юотиет і двухпроводным последовательным интерфейсом. Возможна адресация до восьми приборов DSI8Q7. Мож но программно «ян,единить дім потенциометра в один.
I >S 1845 имеет в споем составе два линейных потаїцнометра и 256байт »СППЗУ. Работает с двухпроводным интерфейсом. І Іользователь конфигурирует дпонные 100-позиционные
G*ound«<i-T»rminolv
Op«n-Tarminal>
Vdd-44 Vir>* I Vftnv, Wiper AMmuotw • 6<)B Рис. 8. Бвдичима перекрестных помех • іадисимости от частоты
или 256-познцнонные калибровки и игружа-ст н и тайные в ЭСП113У. I >S1843 оптнми тированы для гигабитных модулей нрнсмо-пе-редагчнков, і ае потенциометры используются для управлення смещением и течением молуляшш в лазерном диоде. Один I )$1845 и-мсияет множество элементов, уменьшая сто имость и размеры изделия, а также позволяет автоматизировать процесс калибровки.
I>S1847 и DSI848 — температурно компен скропанные двойные переменные резисторы. Перед установкой прибора при опреле ленной температуре определяется сопротивление, и данные игружаются в »СНИЗУ. Во время работы DS1847 (DS1848) непрерывно ншсряст температуру и, нсполмуя калибре почну к« таблицу в »СІ11ІЗУ, регулирует со противление автоматически. Ike термнчес кие данные н упрапляктщие инструкции не релаются но диухнров«*дному интерфейсу Приборы работают от напряжения 3 В или 3 В в диапазоне температур от 40 до + 95*С. OS 1847 (DS1848) используются в оптических приемо передатчиках п гигабитном Hthemet, полоконном канале, приложениях SO NET. Полностью устраняется потребность по внешней температурной или ручной компенсации. У потенциометра DSI848 имеется дополни телыю 128 байт ЭСППУ общего назначения.
Выпускается и множество других нотен циометров, которые не упоминаются в дан ной статье. Dallas Semiconductor и родил ж j ei разработку и выпуск цифровых потенциометров с новыми возможностями II характеристиками для рал шчных областей применения. Hi
