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AD8400/AD8402/AD8403是1-/2-/4通道数字电位计

时间:2019-11-8, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

256位;更换1、2或4个电位计;1千V,10千伏,50千伏,100千伏;停电少于5次妈妈;3线SPI兼容串行数据输入;10兆赫更新数据加载速率;+2.7 V至+5.5 V单电源操作中刻度预设。

应用

机械电位计的更换;可编程滤波器、延迟、时间常数;音量控制,摇摄;线路阻抗匹配;电源调整。

一般说明

AD8400/AD8402/AD8403提供一个单通道、双通道或四通道、256位数字控制可变电阻器(VR)设备这些装置执行与电位计或可变电阻器相同的电子调节功能AD8400在紧凑型SO-8封装中包含一个可变电阻器。AD8402在节省空间的SO-14表面贴装封装中包含两个独立可变电阻器。AD8403在24引线PDIP、SOIC和TSSOP封装中包含四个独立可变电阻器。每个部分都包含一个固定电阻和一个刮水器触点,该触点在一个由加载到控制串行输入寄存器中的数字代码确定的点上对固定电阻值进行抽头雨刮器和固定电阻器两端之间的电阻随传输到VR锁存器中的数字代码线性变化每个可变电阻器在a端子和雨刮器或B端子和雨刮器之间提供一个完全可编程的电阻值1 kΩ、10 kΩ、50 kΩ或100 kΩ的固定A到B端子电阻具有±1%的通道到通道匹配公差,标称温度系数为500 ppm/℃。独特的开关电路将传统开关电阻器设计中固有的高故障降至最低,避免了在通断前通断或在通断前断开。

每个虚拟现实都有自己的虚拟现实锁存器,可以保存其编程的电阻值这些虚拟现实锁存器是从标准3线串行输入数字接口加载的SPI兼容串行到并行移位寄存器更新的。10个数据位构成了进入串行输入寄存器的数据字数据字被解码,其中前两位确定要加载的VR锁存器的地址,后八位是数据串行寄存器另一端的串行数据输出引脚允许在多个虚拟现实应用中进行简单的菊花链,而无需额外的外部解码逻辑。复位(RS)销通过将80小时加载到虚拟现实锁闩中,迫使雨刮器处于中刻度位置。SHDN引脚将电阻器强制到A端子的端到端开路状态,并将雨刮器短路到B端子,实现微瓦功率关闭状态当SHDN返回逻辑高电平时,先前的闩锁设置将雨刮器置于停机前的相同电阻设置中数字接口在关机时仍处于激活状态,因此可以进行代码更改,从而在设备从关机状态取出时产生新的雨刷位置。

AD8400可用于SO-8表面安装和8-铅塑料浸渍包装。

AD8402有表面贴装(SO-14)和14引线塑料浸渍封装,而AD8403有窄体24引线塑料浸渍和24引线表面贴装封装。AD8402/AD8403也在PCMCIA ap的1.1 mm薄型TSSOP-14/TSSOP-24包中提供-应用程序所有部件保证在-40°C至+85°C的扩展工业温度范围内运行。

操作

AD8400/AD8402/AD8403提供一个单通道、双通道和四通道、256位数字控制可变电阻器(VR)设备通过在SDI(串行数据输入)引脚中输入一个10位串行数据字来更改已编程的虚拟现实设置。此数据字的格式为两个地址位,MSB优先,然后是八个数据位,MSB优先表1提供串行寄存器数据字格式。AD8400/AD8402/AD8403具有用于ADDR解码的以下地址分配,该地址分配用于确定接收串行寄存器数据(从位B7到位B0)的虚拟现实锁存器的位置:VR#= A1 ×2 + A0 + 1 Equation 1

单通道AD8400要求A1=A0=0双通道AD8402要求A1=0。虚拟现实设置可以按随机顺序一次更改一个。串行时钟以10兆赫的频率运行,可以在4微秒(10×4×100纳秒)以下为AD8403加载所有4个VRs精确的定时要求如图1a、1b和1c所示。

AD8402/AD8403通过断言RS引脚重置为中刻度,简化了通电时的初始条件两部分都有

关机SHDN引脚,将VR置于零功耗状态,其中端子Ax开路,雨刮器Wx连接到Bx,导致VR结构中仅消耗泄漏电流在关机模式下,保持虚拟现实锁存器设置,以便从电源关机返回到操作模式,虚拟现实设置返回到其先前的电阻值。数字接口在关机时仍处于活动状态,但SDO被停用寄存器中的代码更改可以在设备退出关机状态时产生新的雨刮器位置。

可变电阻变阻器操作编程

端子A和B之间的VR(RDAC)的标称电阻值分别为1 kΩ、10 kΩ、50 kΩ和100 kΩ零件号的最后数字决定了标称电阻值,例如10 kΩ=10;100 kΩ=100。VR的标称电阻(RAB)有256个触点,通过雨刮器端子和B端子触点连接。RDAC锁存器中的8位数据字被解码以选择256个可能设置中的一个。雨刮器的第一个连接从数据00H的B端子开始。该B端子连接的雨刮器接触电阻为50Ω第二个连接(10 kΩ部分)是位于89Ω[=RBA(标称电阻)/256+RW=39Ω+50Ω]的数据01H的第一个分接点。第三个连接是代表78+50=128Ω的数据02H的下一个分接点。每增加一个LSB数据值,雨刮器就会向上移动电阻梯,直到最后一个分接点在10011达到Ω. 刮水器不能直接连接到B端子。等效RDAC电路的简化图见图37。

AD8400包含一个RDAC,AD8402包含两个独立的RDAC,AD8403包含四个独立的RDAC确定Wx和Bx之间数字编程输出电阻的一般传输方程为:RWB(Dx) = (Dx)/256×RBA + RW Equation 2,其中Dx是包含在8位RDAC锁存器中的数据,RBA是标称端到端电阻。

例如,当VB=0 V且端子开路时,将为以下RDAC锁存代码设置以下输出电阻值(适用于10 kΩ电位计):

注意:在零刻度条件下,存在50Ω的有限雨刮器电阻应该注意,在这种状态下,W和B之间的电流限制为最大值为5毫安,以避免内部开关触点的退化或可能损坏。

就像RDAC所取代的机械电位器一样,它是完全对称的雨刮器W和端子A之间的电阻也产生数字控制的电阻RWA。当使用这些端子时,B端子应系在刮水器上设置RWA的电阻值开始于电阻的最大值,并且随着在RDAC锁存器中加载的数据的值增加而减小。此操作的一般传输方程为:RWA (Dx) = (256–Dx)/256×RBA + RW Equation 3,其中Dx是包含在8位RDAC锁存器中的数据,并且RBA是名义端到端阻力。例如,当VA=0 V且B端子开路时,将为以下RDAC锁存代码设置以下输出电阻值(适用于10 kΩ电位计):

RBA的典型分布在±1%范围内。然而,设备到设备的匹配依赖于过程批次,具有±20%的变化。RBA随温度的变化具有正的500ppm/℃温度系数。

在10%至100%的调节范围内,雨刮器至端部电阻温度系数具有最佳性能,其中内部雨刮器触点开关不会产生任何明显的温度相关误差图11中的图表显示了RWB tempco vs.代码的性能,使用代码低于32的微调器会导致绘制出更大的温度系数。

对电位计分压器电压输出操作进行编程

数字电位器容易产生一个输出电压成比例的输入电压施加到一个给定的终端。例如,将一个端子连接到+5 V,将B端子连接到接地,在零伏开始时,雨刮器产生小于+5 V的1 LSB的输出电压。每个LSB的电压等于施加在端子AB上的电压除以电位计分压器的256位置分辨率对于施加在端子AB上的任何给定输入电压,定义输出电压相对于接地的一般方程式为: VW(Dx) = Dx/256×VAB + VB Equation 4。

数字电位器在分压器模式下的操作可使温度过高时的操作更加精确。这里,输出电压取决于内部电阻的比率,而不是绝对值;因此,温度漂移提高到15ppm/℃。

在较低的雨刮器位置设置下,由于CMOS开关雨刮器电阻成为从端子B到雨刮器的总电阻的可观部分的贡献,电位计分配器温度系数增大关于电位器tempco性能与代码设置的关系图。

数字接口

AD8400/AD8402/AD8403包含一个标准的SPI com-三线串行输入控制接口三个输入是时钟(CLK)、CS和串行数据输入(SDI)正反馈GE敏感CLK输入需要干净的转换,以避免将不正确的数据输入串行输入寄存器为了获得最佳结果,请使用比1 V/微秒更快的逻辑转换。标准逻辑系列工作良好如果使用机械开关进行产品评估,则应使用触发器或其他合适的方法对其进行消噪图38的框图显示了更多的细节内部数字电路。当CS处于低激活状态时,时钟将数据加载到每个正时钟边缘的10位串行寄存器中。

注:P=正边,X=无所谓,SR=移位寄存器。

串行数据输出(SDO)引脚包含一个开漏N通道FET此输出需要一个上拉电阻器,以便将数据传输到下一个软件包的SDI引脚。上拉电阻器端接电压可能大于AD8403 SDO输出设备的VDD电源(但小于+8 V的最大VDD),例如,AD8403可以在VDD=3.3 V下工作,下一个设备接口的上拉可以设置为+5 V。这允许从单处理器串行数据线菊花链连接多个RDAC。当使用一个上拉电阻器连接到串联中下列设备的SDI引脚时,需要增加时钟周期菊花链节点上的电容负载SDO–必须考虑设备之间的SDI才能成功传输数据当使用菊花链时,CS应保持低电平,直到每个包的所有位都被时钟送入各自的串行寄存器,以确保地址位和数据位在正确的解码位置。如果两个AD8403四通道RDAC以菊花链连接,则需要20位符合表I中提供的字格式的地址和数据。

注意,只有AD8403有SDO引脚。停机期间SHDN将SDO输出引脚强制设置为关闭(逻辑高电平状态),以禁用上拉电阻器中的功耗等效SDO输出电路原理图见图40。规范表中的数据设置和数据保持时间确定了数据有效时间要求最后10位当CS re-变高同时,CS变高,它进入地址解码器,从而启用两个(AD8402)或四个(AD8403)正边缘触发RDAC锁存器中的一个详见图39及表三地址解码表。

目标RDAC锁存器加载串行数据字的最后8位,完成一次DAC更新在AD8403的情况下,必须对四个单独的10位数据字进行计时,以更改所有四个虚拟现实设置。

所有数字管脚均采用串联输入电阻和并联齐纳ESD结构进行保护,如图41a所示,适用于数字管脚CS、SDI、SDO、RS、SHDN、CLK数字输入ESD保护允许混合电源应用,其中+5 V CMOS逻辑可用于驱动从+3 V电源运行的AD8400/AD8402或AD8403。模拟管脚A、B、W受20Ω串联电阻器和并联齐纳保护,见图41b。

AD8403AN10(10 kΩ电阻)的–3 dB带宽在半刻度处测量为600 kHz,用作电位计分压器。图23提供了三种可用电阻版本10 kΩ、50 kΩ和100 kΩ的大信号BODE图特征增益平坦度与频率关系图,图26,预测滤波器应用性能已经开发了寄生模拟模型,如图42所示。清单I提供了10 kΩRDAC的宏模型网络列表:

在使用偏置接地和轨对轨OP279放大器的逆变运放电路中,总谐波失真加噪声(THD+N)测量为0.003%,如图33所示热噪声是主要是约翰逊噪声,对于f=1k Hz的10kΩ版本,通常为9nv/√Hz。对于100 kΩ设备,热噪声变为29 nV/√赫兹。在f=100 kHz时,信道间串扰测量值小于-65 dB。为了实现这种隔离,包装上提供的用于隔离单个RDAC的额外接地引脚必须连接到电路接地。AGND和DGND引脚应处于相同的电压电位。包装中任何未使用的电位计都应接地在10 kHz时,电源抑制通常为-35 dB(在高精度应用中,需要注意最小化电源纹波)。

应用

数字电位器(RDAC)允许许多微调电位器的应用被一种固态解决方案所取代,这种固态解决方案具有体积小、不受振动、冲击和在恶劣环境中遇到的开放接触问题的影响。数字电位器的一个主要优点是它的可编程性。任何设置都可以保存在系统内存中供以后调用。

RDAC的两种主要配置包括图29和图30所示的电位计分压器(基本3端应用)和变阻器(2端配置)连接。

正确的AD8400/AD8402/AD8403操作必须满足某些边界条件。首先,所有模拟信号必须保持在用于操作单电源AD8400/AD8402/AD8403产品的0至VDD范围内。对于标准电位计分压器应用,可直接使用雨刮器输出。对于低电阻负载,用合适的轨对轨运放(如OP291或OP279)缓冲雨刮器。其次,对于交流信号和双极直流调节应用,通常需要虚拟接地无论使用什么方法来创建虚拟接地,结果都必须为所有连接的负载提供必要的汇和源电流,包括足够的旁路电容。图33显示了连接在可逆可编程增益放大器电路中的AD8402的一个信道。虚拟接地设置为+2.5 V,允许电路输出相对于虚拟接地跨越±2.5 V的范围。对于最大的输出摆幅,轨对轨放大器能力是必要的。当雨刮器从其中刻度复位位置(80H)调整到A端子(代码FFH)时,电路的电压增益成功地以更大的增量增加。或者,当向B端子(代码00H)调整雨刮器时,信号变弱。图43中的曲线显示了电压增益(V/V)100:1范围内的雨刮器设置。注意0分贝(1伏/伏)左右的假对数增益的±10分贝。该电路主要用于0.14v/V到4v/V范围内的增益调整;超过该范围,步长变得非常大,驱动电路的电阻可以成为增益方程中的一个重要项。

有源滤波器

用于产生低通、高通或带通滤波器的标准电路之一是状态变量有源滤波器数字电位器允许滤波器输出的频率、增益和Q的完全可编程性图44显示了使用+2.5V虚拟接地的滤波器电路,允许±2.5VP输入和输出摆动。RDAC2和3分别设置LP、HP和BP截止频率和中心频率。这些可变电阻器应使用相同的数据(与组合电位计一样)进行编程,以保持最佳电路Q。图45显示了在带通输出处测量的滤波器响应,作为RDAC2和RDAC3设置的函数,RDAC2和RDAC3设置产生2 kHz至20 kHz的中心频率范围带通输出处的滤波器增益响应如图46所示在中心频率为2kHz时,增益在由RDAC1确定的-20dB到+20dB范围内进行调整。电路Q由RDAC4调节。有关状态变量有源滤波器的更多详细读数,请参阅模拟设备的应用说明,AN-318。

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