AD5241/AD5242是I2C®兼容 256位数字电位器

特征

256个位置；10公里，100公里，1米；低温30 ppm/C；中刻度内置电源；单电源2.7 V至5.5 V或；双电源2.7 V，用于交流或双极操作；具有回读功能的I2C兼容接口；额外可编程逻辑输出；独立关闭功能；扩展温度范围–40摄氏度至+105摄氏度。

应用

多媒体、视频和音频；通信；机械电位计的更换；仪器：增益、偏移调整；可编程电压电流转换；线路阻抗匹配。

一般说明

AD5241/AD5242提供单/双通道，256-位置，数字控制可变电阻（VR）装置。这些设备执行与电位计、微调器或可变电阻器。每个虚拟现实都提供A之间电阻的完全可编程值端子和刮水器，或B端子和刮水器。对于AD5242，固定的A到B端子电阻为10 kΩ，100 kΩ或1 MΩ具有1%信道对信道匹配宽容。两部分的标称温度系数为30 ppm/摄氏度。

雨刮器位置编程默认为系统中刻度打开电源。通电后，虚拟现实雨刮器位置被编程由一个I2兼容2线串行数据接口。两部分有两个额外的可编程逻辑输出使用户能够驱动数字负载、逻辑门、LED驱动器和系统中的模拟开关。

AD5241/AD5242采用表面安装（SOIC-14/-16）包装，对于超紧凑型解决方案，TSSOP-14/-16包装。所有部件都保证在扩展温度范围-40°C至+105°C。对于3线，SPI兼容接口应用，请参阅AD5200，AD5201、AD5203、AD5204、AD5206、AD5231*、AD5232*，AD5235*、AD7376、AD8400、AD8402和AD8403产品。

操作

AD5241/AD5242提供一个单/双通道、256位数字控制可变电阻器（VR）装置。术语VR、RDAC和可编程电阻器通常互换使用以指代数字电位器。

要对虚拟现实设置进行编程，请参阅数字接口部分。两个部件都有一个内置的通电预设，在通电时将雨刮器置于中刻度，这简化了通电时的故障恢复。此外，AD5241/AD5242的关闭SHDN引脚使RDAC处于几乎为零的功耗状态，其中端子A开路，雨刮器W连接到端子B，从而导致在虚拟现实结构中仅消耗泄漏电流。在关机期间，当RDAC处于非活动状态时，将保持虚拟现实锁存器内容。当零件从关闭状态返回时，存储的虚拟现实设置将应用于RDAC。

可变电阻变阻器操作编程

端子A和B之间的RDAC的标称电阻为10 kΩ、100 kΩ和1 MΩ。最后两个或零件号的三位数字决定了标称电阻值，例如10 kΩ=10；100 kΩ=100；1 MΩ=1 M。VR的标称电阻（RAB）有256个接触点，由刮水器端子和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10 kΩ部件；数据00H时，雨刮器的第一个连接从B端子开始。由于雨刮器接触电阻为60Ω，这种连接在端子W和B之间产生最小60Ω的电阻。第二个连接是对应于数据01H的99Ω（RW B=RAB/256+RW=39+60）的第一个抽头点。第三个连接是代表数据02H的138Ω（39×2+60）的下一个抽头点，依此类推。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10021Ω[RAB–1 LSB+RW]。图4显示了一个等效RDAC电路的简化图，其中最后一个电阻串将无法访问；因此，除雨刮器电阻外，满标度下的标称电阻将减少1LSB。

确定W和B之间数字编程电阻的一般方程式为：

其中：D是0之间二进制代码的十进制等效值和255，加载在8位RDAC寄存器中。RAB是标称端到端电阻。RW是由接通电阻贡献的雨刮器电阻内部开关。

同样，如果RAB=10 kΩ，并且A端子可以打开电路或连接到W，RWB的以下输出电阻将设置以下RDAC锁存代码。

注意，在零刻度条件下，存在60Ω的有限雨刮器电阻。应当注意，在这种状态下，W和B之间的电流限制为不大于±20毫安的最大电流。否则，可能会导致内部开关触点退化或损坏。

与机械电位计类似，雨刮器W和端子A之间的RDAC电阻也产生数字控制电阻RWA。当使用这些端子时，B端子可以打开或连接到刮水器端子。设置RWA的电阻值开始于电阻的最大值，并且随着锁存器中加载的数据的值增加而减小。此操作的一般方程式为：

如果RAB=10 kΩ，则B端子可能开路或与W相连。将为以下RDAC锁存代码设置以下输出电阻RWA。

AD5242的标称电阻RAB从一个通道到另一个通道的典型分布在±1%以内。设备与设备的匹配取决于工艺批次，可能有±30%的变化。由于电阻元件采用薄膜技术加工，RAB随温度的变化不超过30ppm/℃的温度系数。

对电位计分压器电压输出操作进行编程

数字电位器很容易在雨刷到B和雨刷到A处产生与A到B处输入电压成比例的输出电压。与VDD-VSS的极性（必须为正）不同，如果VSS由负电源供电，则A-B、W-A和W-B处的电压可以为任意极性。

如果忽略擦拭器电阻对近似的影响，将A端子连接到5 V和B端子接地，则产生在0至1 LSB以下的Wito至B的输出电压，小于5 V。每个LSB的电压等于施加在端子AB上的电压除以电位器分压器的256个位置。由于AD5241/AD5242可以由双电源供电，因此，对于施加在端子A和B上的任何有效输入电压，定义VW处相对于接地的输出电压的一般方程式为：

可以简化为：

其中D是加载在8位RDAC寄存器中的0到255之间的二进制代码的十进制等效值。

为了更精确地计算包括雨刮器阻力的影响，VW可以发现为：

式中，RWB（D）和RWA（D）可从方程式1和2获得。

数字电位器在分压器模式下的操作会导致更精确的超温操作。与变阻器模式不同，输出电压取决于内部电阻器RWA和RWB的比值，而不是绝对值；因此，温度漂移降低到5ppm/℃。

数字接口2线串行总线

AD5241/AD5242通过I2C兼容串行总线控制。RDAC作为从设备连接到此总线。

参考图2和图3，AD5241/AD5242的第一个字节是从地址字节。它有一个7位从机地址和一个R/W位。5个msb为01011，以下两位由设备的AD0和AD1引脚的状态确定。AD0和AD1允许用户在一条总线上使用最多四个这样的设备。

2线I2C串行总线协议操作如下：

1、主机通过建立STARTcondition来启动数据传输，即当SCL高时，SDA线路上发生从高到低的转换（图2）。以下字节是从机地址字节，第1帧，由7位从机地址和一个R/W位组成（该位决定从机设备读取还是写入数据）。

其地址对应于发送地址的从机将通过在第九时钟脉冲期间将SDA线拉低来响应（这称为确认位）。在此阶段，总线上的所有其他设备保持空闲，而所选设备等待数据写入或读取其串行寄存器。如果R/W位高，主设备将从从设备读取。如果R/W位低，主设备将写入从设备。

2、写操作比读操作多包含一个额外的指令字节。写入模式下的指令字节第2帧跟随从地址字节。标记为A/B的指令字节的MSB是RDAC子地址选择。“低”选择RDAC1，“高”选择双通道AD5242的RDAC2。将AD5241的A/B设置为低。第二个MSB，RS，是中刻度重置。该位的逻辑高位将所选RDAC的雨刮器移动到中心抽头，其中RWA=RWB。第三个MSB，SD，是一个关闭位。SD上的逻辑高导致雨刮器对端子B短路时端子A上的RDAC开路。此操作在变阻器模式下产生几乎0Ω，在电位计模式下产生几乎0 V。这个SD位的作用与SHDN相同除了SHDN Pin对active low有反应外。以下两位是O2和O1。它们是额外的可编程逻辑输出，用户可以用来驱动其他数字负载、逻辑门、LED驱动器、模拟开关等。三个LSB都不在乎。见图2。

3、在确认指令字节后，写入模式中的最后一个字节是数据字节，第3帧。数据以9个时钟脉冲（8个数据位后跟一个确认位）的顺序通过串行总线传输。SDA线上的转换必须发生在SCL的低期，并在SCL的高期保持稳定（图2）。

4、与写入模式不同，数据字节在读取模式第2帧从地址字节确认后立即跟随。数据以9个时钟脉冲的顺序在串行总线上传输（与写入模式略有不同，有8个数据位，在读取模式下有1个无确认逻辑位）。同样，SDA线的跃迁必须发生在SCL的低期，并在SCL的高期保持稳定。见图3。

5、当所有数据位都已被读取或写入时，主机将建立一个停止条件。停止条件定义为SDA线上的从低到高的转换，而SCL高。在写入模式下，主机将在第十个时钟脉冲期间将SDA线拉高，以建立停止条件（见图2）。在读取模式下，主机将对第九个时钟脉冲发出“否”确认（即，SDA线路保持高电平）。然后，主机将在第十个时钟脉冲之前使SDA线变低，该脉冲变高以建立停止条件（见图3）。

重复写入功能使用户在寻址和指示该部件一次后多次更新RDAC输出的灵活性。在写入周期中，每个数据字节将更新RDAC输出。例如，在RDAC确认其从机地址和指令字节后，RDAC输出将被更新。如果另一个字节被写入RDAC，而它仍然被寻址到具有相同指令的特定从设备，则该字节将更新所选从设备的输出。如果需要不同的指令，则写入模式必须启动一个全新的序列，并再次传输新的从机地址、指令和数据字节。同样，也允许RDAC的重复读取功能。

回读RDAC值

特定于AD5242双信道设备，感兴趣的信道是先前在写入模式下选择的信道。此外，要连续读取两个RDAC值，用户必须执行两个写-读循环。例如，用户可以首先在写入模式下指定RDAC1子地址（不需要发出数据字节和停止条件），然后更改为读取模式并读取RDAC1值。要继续读取RDAC2值，用户必须切换回写入模式并指定子地址，然后再次切换到读取模式并读取RDAC2值。此操作无需发出写入模式数据字节或第一个停止条件。用户应参考图2和图3了解编程格式。

一条总线上有多个设备

图5显示了同一串行总线上的四个AD5242设备。由于AD0和AD1管脚的状态不同，每个管脚都有不同的从机地址。这允许每个RDAC独立地写入或读取的每个设备。主设备输出总线驱动程序是完全I2C兼容接口中的开漏下拉菜单。注意，只有当从机地址字节中的AD0和AD1的位信息与该特定设备的AD0和AD1的管脚处的逻辑输入相匹配时，设备才会被正确地寻址。

双向接口的电平变换

虽然大多数旧系统可以在一个电压下运行，但可以在另一个电压下优化新组件。当它们在两个不同的电压下操作同一个信号时，需要一种适当的水平位移方法。例如，可以使用3.3V E2PROM与5V数字电位计接口。为了实现双向通信，需要一个电平移位方案，以便数字电位器的设置可以存储到E2PROM并从中检索。图6显示了其中一种技术。M1和M2可以是N-Ch FETs 2N7002，如果VDD低于2.5v，则可以是低阈值FDV301N。

附加可编程逻辑输出

AD5241/AD5242具有额外的可编程逻辑输出O1和O2，可用于驱动数字负载、模拟开关和逻辑门。它们也可以作为预设逻辑0功能（稍后将解释）的自包含关机。O1和O2在通电期间默认为逻辑0。在写入模式下，O1和O2的逻辑状态可以在第2帧中编程（见图2）。图7显示了O1的输出级，它采用了推拉结构的大P和N通道mosfet。如图所示，输出将等于VDD或VSS，并且这些逻辑输出具有足够的电流驱动能力来驱动毫安负载。

用户还可以通过三种不同的方式激活O1和O2，而不影响雨刮器的设置。

1、开始，从地址字节，确认，指定O1和O2的指令字节，确认，停止。

2、完成写循环，停止，然后开始，从机地址字节，确认，指定O1和O2的指令字节，确认，停止。

3、不要通过不发出Stop，thenStart，Slave Address Byte，Acknowledge，指令字节指定了O1和O2，Acknowledge，Stop来完成写入周期。

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9所示。这适用于数字输入引脚SDA、SCL和SHDN。

独立关闭功能

关闭可以通过在SHDN引脚上划动或在写入模式指令字节中编程SD位来激活。此外，关闭甚至可以用设备数字输出来实现，如图8所示。在此配置中，设备将在通电期间关闭，但允许用户对设备进行编程。因此，当O1被编程为高电平时，设备将从关机模式退出并响应新设置。这种自包含的关机功能允许在通电期间绝对关机，这在危险环境中至关重要，而无需添加额外组件。

测试电路

测试电路1至9定义了产品规格表中使用的测试条件。