AD5260/AD5262是1/2通道15V数字电位计

特征

256个位置；AD5260:1通道；AD5262:2通道（可独立编程）；电位计的更换；20千欧，50千欧，200千欧；低温系数：35ppm/℃；4线，SPI兼容串行数据输入；5 V至15 V单电源；±5.5 V双电源操作；打开中刻度预设。

应用

机械电位计的更换；仪器：增益、偏移调整；立体声声道音频电平控制；可编程电压电流转换；可编程滤波器、延迟、时间常数；线阻抗匹配低分辨率dac替换。

一般说明

AD5260/AD5262提供一个单通道或双通道、256位数字控制可变电阻（VR）装置。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。AD5260/AD5262的每个通道都包含一个固定电阻器，该固定电阻器带有一个雨刮器触点，在一个由加载到SPI兼容串行输入寄存器中的数字代码确定的点处对固定电阻器值进行抽头。刮水器和固定电阻器两端之间的电阻随数字代码线性变化转移到虚拟现实锁存器。可变电阻器在A端子和刮水器或B端子和刮水器之间提供完全可编程的电阻值。20Ω、50Ω或200Ω的固定A到B端子电阻的标称温度系数为35 ppm/℃。与市场上大多数数字电位器不同，只要提供适当的电源电压，这些装置可工作高达15 V或±5 V。

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从内部串行到并行移位寄存器进行更新，该寄存器从标准3线串行输入数字接口加载。AD5260包含8位串行寄存器，而AD5262包含9位串行寄存器。每一位都被记录到正数的寄存器中CLK引脚的边缘。AD5262地址位确定要加载的最后8位的相应虚拟现实锁存器cs选通正边过程中的数据字。串行寄存器另一端的串行数据输出引脚可在多个虚拟现实应用中实现简单的菊花链，而无需附加外部解码逻辑。可选的复位销（PR）通过将0x80加载到虚拟现实锁存器中，将雨刮器强制到中刻度位置。

AD5260/AD5262有薄表面安装的14铅TSSOP和16铅TSSOP封装。所有部件都保证在扩展的工业温度范围内（从-40°C到+85°C）工作。

操作理论

AD5260/AD5262提供一个单通道或双通道、256位数字控制可变电阻（VR）装置，最高工作电压可达15V。更改已编程的虚拟现实设置是通过将一个8/9位串行数据字计时到SDI（串行数据输入）引脚来完成的。对于ad5262，该数据字的格式是一个地址位。a0表示第一位b8，后跟八个数据位b7到b0，msb在前。表2和表3提供串行寄存器数据字格式。AD5262地址分配见表7，用于解码接收串行寄存器数据的虚拟现实锁存器的位置（从位B7到位B0）。虚拟现实输出可以随机改变一次一个。AD5260/AD5262预设为中刻度，简化了通电时的故障状态恢复。中尺度罐也可以在任何时候通过维护pr pin来实现。这两个部分都有一个内置的通电预设，使雨刮器在通电时处于中刻度预设状态。开机预设功能的操作仅取决于V引脚的状态。

AD5260/AD5262包含一个电源关闭SHDN引脚，该引脚使RDAC处于几乎为零的功耗状态，其中端子Ax开路，雨刮器W连接到B，从而在虚拟现实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，以便在恢复运行时模式从关机，虚拟现实设置返回到他们以前的电阻值。

数字接口

AD5260/AD5262包含4线SPI兼容数字接口（sdi、sdo、cs和clk）。对于AD5260，必须先用msb加载8位串行字。单词的格式如表2所示。对于AD5262，9位串行字必须先加载地址位a0，然后加载数据的msb。

正边缘敏感CLK输入需要干净的转换，以避免将不正确的数据计时到串行输入寄存器中。标准逻辑族工作良好。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47显示了inter的更多细节-NAL数字电路。当CS低时，时钟将数据加载到每个正时钟边缘的串行输入寄存器中。

数据设置和数据保持时间确定了数据有效时间要求。AD5260使用8位串行输入数据寄存器字，当CS线返回逻辑高电平时，该字被传输到内部RDAC寄存器。对于ad5262，当cs返回high时，串行寄存器中输入的数据字的最后9位保持不变。任何额外的位都将被忽略。同时，CS变高，它将进入地址解码器，启用两个正边缘触发AD5262 RDAC锁存器中的一个（见图48）。

目标RDAC锁存器加载串行数据字的最后8位，完成一次RDAC更新。对于AD5262，必须输入两个单独的9位数据字才能更改两个虚拟现实设置。

在关机（SHDN）期间，SDO输出引脚被强制设置为关闭（逻辑高）状态，以禁用上拉电阻器中的功耗。等效SDO输出电路示意图见图49。

所有数字输入均采用串联输入电阻器和并联齐纳ESD结构进行保护，如图50所示。这适用于：

菊花链操作

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将数据传输到下一个封装的SDI引脚。这允许从单处理器串行数据线菊花链连接多个RDAC。上拉电阻端接电压可以大于V电源电压。建议在将上拉电阻器串联到下列设备的sdi引脚时增加时钟周期，因为在设备之间连接sdo和sdi的菊花链节点处的电容性负载可能会导致后续设备的时间延迟。用户应该意识到这个潜在的问题，以便成功地实现数据传输（参见图52）。如果两个AD5260是菊花链，则总共需要16位数据。符合表2所示格式的前8位进入U2，第二位进入U2相同格式的8位进入U1。CS引脚应保持低电平，直到所有16位都进入各自的串行寄存器，然后将CS引脚拉高以完成操作。

RDAC结构

RDAC包含一组相等的电阻段，其中一组模拟开关充当雨刮器连接。位置数是设备的分辨率。AD5260/AD5262有256个连接点，可以提供优于0.4%的可设置性分辨率。图53显示了组成RDAC一个通道的三个终端之间连接的等效结构。sw和sw始终打开，而sw（0）到sw（2–1）的一个开关每次打开一个，这取决于从数据位解码的电阻位置。由于开关不理想，有一个60Ω的雨刮器电阻，r。雨刮器电阻是电源电压和温度的函数。电源电压越低，雨刮器电阻越高。同样，温度越高，雨刮器电阻也就越高。当需要准确预测输出电阻时，用户应了解雨刮器电阻的贡献。

可变电阻编程

变阻器操作

端子A和端子B之间的RDAC的标称电阻值分别为20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ。零件号的最后三位数字决定了标称电阻值，例如20 kΩ=20，50 kΩ=50，200 kΩ=200。vr的标称电阻（r）有256个接触点，通过刮水器端子和b端子接触。rdac锁存器中的8位数据被解码以选择256个可能设置中的一个。假设使用20 kΩ部件，则雨刮器的第一个连接从数据0x00的B端子开始。因为有60Ω的雨刮器接触电阻，这样的连接在端子W和端子B之间产生最小60Ω的电阻。第二个连接是对应于数据0x01的138Ω（R=R/256 R=78Ω+60Ω）的第一个抽头点。第三个连接是下一个抽头点，表示数据0x02的216Ω（78×2+60），以此类推。每增加一个LSB数据值，雨刮器就会向上移动电阻梯，直到最后一个抽头点达到19982Ω（R−1 LSB+R）。刮水器不能直接连接到B端子。等效RDAC电路的简化图见图53。

确定w和b之间数字编程输出电阻的一般公式是：

其中，D是加载在8位RDAC寄存器中的二进制代码的十进制等效值，R是标称端到端电阻。

例如，当r=20kΩ，v=0v，且a端子开路时，rdac锁存码设置以下r的输出电阻值。如果端子A与W相连，则结果相同。

注意，在零刻度条件下，存在60Ω的有限雨刮电阻。应注意将这种状态下W和B之间的电流限制在不超过20毫安，以避免内部开关退化或可能损坏。

与RDAC取代的机械电位计一样，AD5260/AD5262完全对称。雨刮器W和端子A之间的电阻也产生数字控制的互补电阻，R。图54显示了各种端子连接的对称可编程性。当使用R时，B端子可以保持浮动或固定在刮水器上。设置r的电阻值从电阻的最大值开始，并随着锁存器中加载的数据值的增加而减小。这个的一般方程是：

例如，当r=20kΩ，v=0v，且b端子开路时，为表10所示的rdac锁存码设置r的以下输出电阻值。如果端子B与端子W相连，则结果相同。

通道间标称电阻r的典型分布在±1%以内。设备对设备的匹配取决于工艺批次，最坏情况是±30%的变化。然而，由于电阻元件是用薄膜技术加工的，因此r随温度的变化具有低的35ppm/℃的温度系数。

对电位计分压器编程

电压输出操作

数字电位器很容易在雨刮器至B和雨刮器至A处产生与A至B处输入电压成比例的输出电压。忽略雨刮器电阻的影响。例如，将A端子连接到5 V，B端子连接到接地，产生W到B的输出电压，从0 V开始，直到小于5 V的1 LSB。每个LSB的电压等于施加在端子A和端子B上的电压除以电位计分压器的256个位置。由于AD5260/AD5262由双电源供电，因此，对于施加在端子A和端子B上的任何给定输入电压，定义V时相对于接地的输出电压的一般方程式为：

数字电位器在分压器模式下的操作

结果在超温下更精确地操作。与变阻器模式不同，输出电压取决于内部电阻r和r的比值，而不是绝对值；因此，漂移降低到5ppm/℃。

布局和电源旁路

最好采用紧凑、最小引线长度的布局设计。通向输入端的导线应尽可能直接，导线长度最小。接地路径应具有低电阻和低电感。

同样，为了达到最佳的稳定性，用高质量的电容器旁路电源也是一个很好的做法。应使用0.01μf至0.1μf的片状或片状陶瓷电容器绕过设备的电源线。还应在电源处使用低ESR 1μF至10μF钽或电解电容器，以尽量减少任何瞬态干扰（见图55）。请注意，数字地面也应远程连接到模拟地面，以尽量减少地面反弹。

终端电压工作范围

AD5260/AD5262正V和负V电源定义了3端数字电位器正常工作的边界条件。A、B和W端子上出现的超过V或V的电源信号被内部正向偏置二极管钳制（见图56）。

AD5260/AD5262设备的接地引脚主要用作数字接地参考，需要连接到PCB的公共接地。AD5260/AD5262的数字输入控制信号必须参考设备接地引脚（GND），并且必须满足表1中定义的逻辑电平。内部电平移位电路确保三个端子的共模电压范围从V延伸到V，而不管数字输入电平如何。

通电顺序

由于有二极管限制端子A、端子B和端子W处的电压合规性（参见图56），因此在向A、B和W端子施加任何电压之前，必须先为V/V供电。否则，二极管变得正向偏置，使得v/v无意中通电，并且可能影响用户电路的其余部分。理想的通电顺序如下：GND、V、V、V、数字输入和V/V/V。只要在V/V之后通电，V/V/V和数字输入的通电顺序并不重要。

RDAC电路仿真模型

内部寄生电容和外部电容负载控制着RDAC的交流特性。AD5260（20 kΩ电阻器）的−3 dB带宽配置为电位计分压器，在半标度下测量310 kHz。图28提供了三种可用电阻版本20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ的大信号Bode图特征。寄生模拟模型如图57所示。以下部分提供20 kΩRDAC的宏模型网络列表。

应用程序信息

双电源双极直流或交流操作

AD5260/AD5262可通过双电源操作，从而控制接地参考交流信号或双极操作。交流信号高达V/V，可直接应用于端子A和端子B，输出取自端子W。典型电路连接见图58。

增益控制补偿

数字电位器通常用于增益控制，如图59所示的非旋转增益放大器。

注意，当RDAC B端子寄生电容连接到运放非转换节点时，它为1/β项引入一个零，其值为+20 dB/Dec，而典型的运放增益带宽乘积（GBP）具有-20 dB/Dec特性。一个大的r2和有限的c1可以使这个零点的频率大大低于交叉频率。因此，在交叉频率下，系统的闭合速率为40db/dec，相位裕度为0。如果输入是矩形脉冲或阶跃函数，则输出可能会响或振荡。同样，当在两个增益值之间切换时，它也可能会响，因为这相当于输入处的阶跃变化。

根据运算放大器gbp，减小反馈电阻可以将零的频率延长到足以克服问题的程度。然而，更好的方法是包括补偿电容c2，以消除c1引起的影响。当r1×c1=r2×c2时，出现最佳补偿。这不是一个选项，因为R2的变化。因此，可以使用r1×c1=r2×c2关系，并将c2缩放为r2的最大值。当r2设置为低值时，这样做可能会过度补偿并稍微影响性能。但是，在最坏的情况下，它可以避免振铃或振荡。对于关键应用，应根据经验找到C2以满足需要。一般来说，在几皮卡法拉（pf）到不超过十分之几pf的范围内的c2通常足以进行补偿。

类似地，有w和一个终端电容连接到输出端（未显示）。幸运的是，它们在这个节点上的效果不太明显，并且在大多数情况下可以避免补偿。

可编程电压基准

对于分压器模式操作，如图60所示，通常缓冲数字电位器的输出，除非负载比R大得多。缓冲不仅用于阻抗转换，还允许驱动更重的负载。

8位双极DAC

图61显示了低成本的8位双极DAC。它提供了相同数量的可调步数，但与传统dac的精度不同。线性系数和温度系数，特别是在低值代码下，会受到数字电位器刮水电阻的影响而产生偏差。这个电路的输出是：

双极可编程增益放大器

对于需要双极增益的应用，图62显示了一种实现。数字电位器U1设置调整范围。因此，在给定的U2设置下，可以将W2处的雨刮器电压编程设定在V和-KV之间。在非垂直模式下配置A2允许线性增益和衰减。传递函数是：

其中k是u1设置的r/r的比率。

与上一示例类似，在更简单和更常见的情况下，其中k=1，使用单个数字电位计ad5260，u1被匹配的电阻器对替换，以在数字电位计的端部应用v和-v。关系变成：

如果r2很大，可能需要几个皮科法拉补偿电容器来避免任何增益峰值。

调整d的结果，a2配置为单位增益、增益2和增益10。结果是一个双极放大器线性可编程增益和256步分辨率。

带升压输出的可编程电压源

对于需要大电流调整的应用，如激光二极管驱动器或可调谐激光器，可以考虑使用升压电源（见图63）。

在该电路中，运算放大器的反向输入迫使v等于数字电位器设置的雨刮器电压。负载电流随后由电源经由p沟道fet，p1传递。n沟道fet，n，简化了运算放大器的驱动要求。A1必须是轨对轨输入类型。需要电阻器r1，以防止p1打开后关闭。r1的选择是该电阻器的功率损耗和输出关断时间之间的平衡。n1可以是任何通用信号场效应管。然而，p1是在饱和状态下驱动的，因此其功率处理必须足以耗散（v-v）×i功率。该电路可在5伏电源下提供最大100毫安的电源。在更大的封装中使用p1可以获得更高的电流。注意，单个n沟道fet可以完全替代p1、n1和r1。但是，除非使用单独的电源，否则输出摆幅是有限的。对于精密应用，可以在数字电位器的输入端应用adr423、adr292或ad1584等电压基准。

可编程4毫安至20毫安电流源

一个可编程的4毫安到20毫安的电流源可以用图64所示的电路实现。REF191是一种独特的低电源净空和高电流处理精度基准，可在2.048V电压下输出20毫安。负载电流仅为数字电位器的B端子到W端子之间的电压除以R。

电路很简单，但请注意，双电源运放是理想的，因为REF191的接地电位可以从零刻度的-2.048 V摆动到电位计设置的满刻度的V。虽然电路工作在单电源下，但降低了系统的可编程分辨率。

可编程双向电流源

对于需要双向电流控制或更高电压合规性的应用，可以使用Howland电流泵（见图65）。如果电阻匹配，负载电流为：

可编程低通滤波器

数字电位器AD5262可用于构造二阶Sallen键低通滤波器（见图66）。设计公式如下：

用户可以首先为电容器选择任何方便的值。为了实现q=0.707的最大平坦带宽，让c1是c2的两倍，让r1=r2。结果，用户可以将r1和r2调整到相同的设置，以获得所需的带宽。

可编程振荡器

在经典的wien桥振荡器（见图67）中，wien网络（r，r'，c，c'）提供正反馈，而r1和r2提供负反馈。在共振频率f处，总相移为零，正反馈使电路振荡。R=R'，C=C'，和r2=r2a//（r2b+or），振荡频率为：

其中r等于r：

共振时，设置：

平衡桥梁。在实践中，r2/r1应设置为略大于2，以确保振荡可以开始。然而，二极管d1和d2的交替导通确保r2/r1瞬间小于2，从而稳定振荡。当频率设定时，振荡幅度可以由r2b调谐，因为：

v，i和v是相互依赖的变量。通过适当选择r2b，达到了v收敛的平衡。r2b可以与离散电阻串联以增加振幅，但总电阻不能太大而使输出饱和。

在图66和图67的两个电路中，频率调谐要求将两个RDAC调整到相同的设置。因为两个通道一次调整一个，所以会出现中间状态，这对于某些应用来说可能是不可接受的。因此，不同的设备也可以在菊花链模式下使用，以便部件可以同时编程到相同的设置。

电阻标度

AD5260/AD5262提供20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ的标称电阻。对于需要较低电阻且仍保持步进调整次数的用户，他们可以将多个设备并联放置。例如，图68显示了并行ad5262的两个信道的简单方案。为了每一步线性调整一半的电阻，用户需要用相同的设置连贯地对两个通道进行编程。

在分压器模式下，可以实现更低的电阻如图69所示，并联一个离散电阻。这个等效电阻变为：

图68和图69显示数字电位器的变化是线性的。但是，在音频控制等应用中，通常首选对数锥度调整。图70显示了另一种电阻缩放方法。在该电路中，r2相对于r越小，伪对数锥度特性表现得越明显。