AD5251/AD5252分别是双通道、IC®非易失性存储器、64/256位数字控制电位器

特征

AD5251：双64位分辨率；AD5252：双256位分辨率；1千欧、10千欧、50千欧、100千欧；非易失性存储器[1]存储带写保护的雨刮器设置；使用300微秒的EEMEM设置刷新电源；EEMEM重写时间=540微秒（典型值）；存储在非易失性存储器中的电阻容限；EEMEM中的12个额外字节用于用户定义的信息；I[2]C兼容串行接口；RDAC2和EEMEM寄存器的直接读/写访问；预定义的线性增量/减量命令；预先定义的±6分贝阶跃变化命令；同步或异步双通道更新；雨刮器设置回读；4 MHz带宽-1 kΩ型单电源2.7 V至5.5 V；双电源±2.25 V至±2.75 V；2个从地址解码位允许4个设备操作；100年典型数据保存，TA=55°C工作温度：–40°C至+105°C。

应用

机械电位计的更换；通用DAC更换；液晶面板VCOM调节白色LED亮度调节；射频基站功率放大器偏置控制；可编程增益和偏移控制；可编程电压电流转换可编程电源传感器校准。

一般说明

AD5251/AD5252分别是双通道、IC®非易失性存储器、64/256位数字控制电位器。这些设备执行与机械电位计、微调器和可变电阻器相同的电子调整功能。部件的多功能可编程性允许多种操作模式，包括在RDAC和EEMEM寄存器中的读/写访问、电阻的增量/减量、电阻在±6分贝范围内的变化、雨刮器设置的回读以及用于存储用户定义信息的额外EEMEM，例如其他部件的内存数据、查找表，或系统识别信息。

AD5251/AD5252允许主机IC控制器在RDAC寄存器中写入64/256步雨刮器设置，并将其存储在EEMEM中。一旦存储了这些设置，它们就会在系统通电时自动恢复到RDAC寄存器中；这些设置也可以动态恢复。

AD5251/AD5252在同步或异步信道更新模式下提供额外的增量、减量、+6分贝阶跃变化和-6分贝阶跃变化。增量和减量功能允许逐步线性调整，阶跃变化为±6 dB，相当于将RDAC雨刮器设置加倍或减半。这些功能可用于陡坡、非线性调整，如白色LED亮度和音频音量控制。

AD5251/AD5252具有获得专利的电阻容限存储功能，允许用户访问EEMEM并获得RDAC的绝对端到端电阻值，以用于精密应用。

AD5251/AD5252有1 kΩ、10 kΩ、50 kΩ和100 kΩ选项的TSSOP-14封装。所有部件保证在-40°C至+105°C的扩展工业温度范围内工作。

RDAC/EEMEM写入

设置雨刮器位置需要RDAC写入操作。单写操作如图27所示，连续写操作如图28所示。在连续写入操作中，如果选择了RDAC，并且地址从00001开始，则第一个数据字节转到RDAC1，第二个数据字节转到RDAC3。RDAC地址如表6所示。

虽然RDAC雨刮器设置由特定的RDAC寄存器控制，但每个RDAC寄存器对应于特定的EEMEM位置，该位置提供非易失性雨刮器存储功能。地址如表7所示。单次和连续写操作也适用于EEMEM写操作。

有12个非易失性存储器位置：EEMEM4到EEMEM15。用户可以存储总共12字节的信息，例如其他组件的内存数据、查找表或系统标识信息。

在对EEMEM寄存器的写操作中，设备在内部写循环期间禁用IC接口。确认轮询是确定写入周期完成所必需的。请参阅EEMEM写确认轮询部分。2

RDAC/EEMEM读取

AD5251/AD5252提供两种不同的RDAC或EEMEM读取操作。例如，图29显示了在不指定地址的情况下读取RDAC0到RDAC3内容的方法，假设在前面的操作中已经选择了地址RDAC0。如果先前选择了RDAC0以外的RDAC_N地址，则readback从地址N开始，然后是N+1，依此类推。

图30显示了一个随机的RDAC或EEMEM读取操作。此操作允许用户通过发出伪写命令来更改RDAC地址指针，然后在新地址位置继续执行RDAC读取操作来指定读取哪个RDAC或EEMEM寄存器。

RDAC/EEMEM快速命令

AD5251/AD5252具有12个快速命令，可方便地操作RDAC雨刮器设置，并提供RDACto EEMEM存储和恢复功能。命令格式如图31所示，命令描述如表9所示。

使用快速命令时，不需要发出第三个字节，但允许发出第三个字节。快速命令将RDAC重置并存储到EEMEM需要确认轮询来确定命令是否已完成执行。

只读存储器中存储的RAB公差AD5251/AD5252具有在非易失性存储器中存储的专利R公差。每个通道的公差在工厂生产过程中存储在存储器中，用户可以随时读取。存储公差的知识是所有代码中R的平均值（见图16），使用户能够准确地预测R。这一特性对于精确性、变阻器模式和开环应用都很有价值，在这些应用中，绝对电阻的知识至关重要。

存储的公差位于只读存储器中，并以百分比表示。每个公差存储在两个内存位置（见表10）。公差数据以符号大小二进制格式表示，存储在两个字节中；示例如图32所示。对于寄存器N中的第一个字节，将MSB指定为符号（0=+和1=-），将7lsb指定为公差的整数部分。对于寄存器N+1中的第二个字节，所有8个数据位都被指定为公差的小数部分。如表10和图32所示，例如，如果额定R为10 kΩ，从地址11000读取的数据显示0001 1100，地址11001显示0000 1111，则RDAC0公差可计算为:

MSB:0=+

下一个7 MSB:001 1100=28

8最小有效位：0000 1111=15×2=0.06–8个

公差=28.06%，因此，

R=12.806千欧实际值

EEMEM写确认轮询

在对EEMEM寄存器的每次写操作之后，一个内部写循环开始。设备的IC接口被禁用。要确定内部写入周期是否完成以及IC接口是否启用，可以执行接口轮询。IC接口轮询可以通过发送一个开始条件，然后是从机地址和写入位来进行。如果IC接口以ACK响应，则写入周期完成，并且接口准备好继续执行进一步的操作。另一方面，IC接口轮询可以重复，直到成功为止。命令2和命令7也需要确认轮询。

EEMEM写保护

EEMEM编程后，将WP pin设置为逻辑低可保护存储器和RDAC寄存器不受未来写入操作的影响。在此模式下，EEMEM和RDAC读取操作正常工作。

AD5251/AD5252的第一个字节是从地址字节（见图33和图34）。它有一个7位从机地址和一个R/W位。从机地址的5 MSB是01011，下一个是2 LSB由AD1和AD0引脚的状态确定。AD1和AD0允许用户最多放置四个一条总线上的AD5251/AD5252设备。AD5251/AD5252可通过I2C兼容串行控制总线，并作为从设备连接到此总线。二线制I2C串行总线协议（见图33和图34）如下：

1、主机通过建立一个启动条件来启动数据传输，这样当SCL高时，SDA从高到低（见图33）。以下字节是从机地址字节，由定义为01011的从机地址的5个MSB组成。接下来的两位是AD1和AD0，IC设备地址位。根据AD1和AD0位的状态，可以在同一总线上寻址四个AD5251/AD5252设备。最后一个LSB（R/W位）确定数据是从从设备读取还是写入从设备。

其地址对应于发送地址的从机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。

2、在写模式下（除了将EEMEM还原到RDAC寄存器时），从地址字节后面有一个指令字节。指令字节的MSB标记为CMD/REG。MSB=1启用CMD，命令指令字节；MSB=0启用常规寄存器写入。当MSB=0或设备处于常规写入模式时，指令字节中标记为EE/RDAC的第三个MSB为真。EE启用EEMEM寄存器，REG启用RDAC寄存器。5 LSB，A4到A0，表示 EEMEM和RDAC寄存器的地址（见图27和图28）。当MSB=1或设备处于命令模式时，MSB后面的四位是C3到C1，这对应于12个预定义的EEMEM控件和快速命令；还有四个工厂保留的命令。3 LSB-A2、A1和A0是地址，但分别只有001和011用于RDAC1和RDAC3（见图31）。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。数据以9个时钟脉冲（8个数据位后接一个确认位）的顺序通过串行总线传输。SDA线上的跃迁必须发生在SCL低期，并在SCL高期保持稳定（见图33）。

3、在当前读取模式下，RDAC0数据字节紧跟在从机地址字节的确认之后。在确认之后，RDAC1跟随，然后是RDAC2，依此类推。（在写入模式中有一个细微的差别，其中代表RDAC3数据的最后8个数据位后面跟着一个无应答位。）同样，SDA线上的转换必须发生在SCL的低时段，并且在SCL的高时段保持稳定（见图34）。另一种读取方法，随机读取方法，如图30所示。

4、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。停止条件定义为当SCL高时SDA线上发生的从低到高的转换。在写入模式下，主机在10时钟脉冲期间将SDA线拉高，以建立停止条件（见图33）。在读取模式下，主控对第九个时钟脉冲发出不确认，即SDA线路保持高电平。主设备在10时钟脉冲之前使SDA线变低，然后使SDA线变高，以建立停止条件（见图34）。

操作理论

AD5251/AD5252是1 kΩ、10 kΩ、50 kΩ或100 kΩ的双通道数字电位器，允许64/256线性电阻阶跃调整。AD5251/AD5252采用双门CMOSEEPROM技术，允许电阻设置和用户定义的数据存储在EEMEM寄存器中。EEMEM是非易失性的，因此在断电时设置保持不变。RDAC雨刮器设置在设备通电期间从非易失性存储器设置恢复，并且也可以在操作期间随时恢复。

AD5251/AD5252电阻器雨刮器位置由RDAC寄存器内容确定。RDAC寄存器的作用类似于便笺簿寄存器，允许电阻设置的无限变化。可以使用设备的串行IC接口更改RDAC寄存器内容。在IC接口详细说明部分讨论了数据字的格式和编程RDAC寄存器的命令。

四个RDAC寄存器具有相应的EEMEM存储器位置，提供电阻雨刮器位置设置的非易失性存储。AD5251/AD5252提供命令，将RDAC寄存器内容存储到各自的EEMEM存储器位置。在随后的通电顺序中，RDAC寄存器会自动加载存储的值。

每当启用EEMEM写入操作时，该设备激活内部电荷泵，并将EEMEM单元栅极偏置电压升高到较高水平；这实际上会擦除EEMEM寄存器中的当前内容，并允许随后存储新内容。保存数据到EEMEM寄存器消耗约35毫安的电流，并持续约26毫秒，因为电荷泵操作，所有的RDAC通道可能会遇到噪声耦合期间EEMEM写入操作。

通电或运行期间的EEMEM恢复时间约为300微秒。请注意，通电EEMEM刷新时间取决于V达到其最终值的速度。因此，任何电源电压去耦电容器都会限制EEMEM在通电期间的恢复时间。例如，图20显示了没有去耦电容器且所施加的功率是数字信号的V的通电曲线。在恢复EEMEM内容之前，设备首先将测量到的rdac重置为中刻度。默认情况下，在加载新值之前，EEMEM将在中刻度处加载。只有在应用中绝对需要快速恢复时间时，才应考虑省略去耦电容器。此外，用户应在使用命令1将EEMEM设置还原为RDAC后立即发出NOP命令0，从而将电源电流损耗降至最低。直接从中读取用户数据EEMEM不需要类似的NOP命令执行。

除了在RDAC和EEMEM寄存器之间移动数据外，AD5251/AD5252还提供了其他方便编程的快捷命令，如表11所示。

线性增量/减量命令

增量和减量命令（10、11、5和6）对于线性步长调整应用非常有用。这些命令通过允许控制器仅向AD5251/AD5252发送递增或递减命令来简化微控制器软件编码。调整可以指向单个RDAC或所有四个RDAC。

±6分贝调整（加倍/减半雨刮器设置）

AD5251/AD5252通过分别将寄存器内容向左/向右移动以进行递增/递减操作，调节RDAC雨刮器位置的±6 dB。命令3、命令4、命令8和命令9可用于同步或异步递增或递减6分贝的雨刷位置。

雨刮器位置增加+6db实际上是RDAC寄存器值的两倍，而雨刮器位置减少-6db则是寄存器内容的一半。在内部，AD5251/AD5252使用移位寄存器向左和向右移位位，以实现±6dB的增量或减量。最大调整数分别为九和八个步骤，分别从零尺度递增和从满尺度递减。这些功能对于各种音频/视频级别调整非常有用，特别是对于白色LED亮度设置，在这种设置中，人的视觉响应对大的调整比小的调整更敏感。

数字输入/输出配置

SDA是一种数字输入/输出，带有一个开路漏MOSFET，需要一个上拉电阻才能进行正确的通信。上另一方面，SCL和WP是数字输入，当驱动信号低于V.SCL和WP有ESD保护二极管，如图35和图36所示。

如果未使用写保护功能。如果WP保持浮动，则内部电流源会将其拉低以启用写保护。在设备不经常编程的应用中，这允许部件在任何一次性工厂编程或现场校准后默认写入保护模式，而无需使用板载下拉电阻器。由于所有输入端都有保护二极管，因此信号电平不得大于V，以防止二极管的正向偏压。

一条总线上有多个设备

AD5251/AD5252配有两个寻址引脚AD1和AD0，允许在一条IC总线上操作多达四个AD5251/AD5252设备。要实现此结果，必须首先定义每个设备上AD1和AD0的状态。示例如表12和图37所示。在IC编程中，每个设备都被发出不同的从机地址01011（AD1）（AD0），以完成寻址。

终端电压工作范围

AD5251/AD5252采用内部ESD二极管进行保护；这些二极管还设置了终端工作电压的边界。端子A、端子B或端子W上出现的超过V的正信号被正向偏置二极管钳制。类似地，端子A、端子B或端子W上比V更负的负信号也被钳制（见图38）。在实践中，用户不应操作V、V和V高于V到V之间的电压，但V、V和V没有极性限制。

上电和断电顺序

由于ESD保护二极管限制了端子A、端子B和端子W处的电压符合性（见图38），因此在对这些端子施加任何电压之前接通V/V电源非常重要。否则，二极管被正向偏置，使得V/V被无意地通电并且可能影响用户的电路。类似地，V/V应该最后关闭。理想的通电顺序如下：GND、V、V、数字输入和V/V/V。只要在V/V之后通电，V、V、V和数字输入的顺序并不重要。

布局和电源偏压

采用紧凑、最小引线长度的布局设计始终是一种良好的做法。通向输入端的导线应尽可能直接，最小导线长度。接地路径应具有低电阻和低电感。

同样，用高质量的电容器旁路电源也是一个很好的做法。应在电源处使用低等效串联电阻（ESR）1μF至10μF的钽或电解电容器，以尽量减少任何瞬态干扰和滤除低频纹波。图39说明了AD5251/AD5252的基本电源旁路配置。

AD5251/AD5252的接地引脚主要用作数字接地参考。为了将数字接地弹跳降至最低，应将AD5251/AD5252接地端子远程连接至公共接地（见图39）。

数字电位器操作

RDAC的结构设计用于模拟机械电位器的性能。RDAC包含一系列电阻段和一系列模拟开关，这些开关充当到电阻阵列的雨刮器连接。点数是设备的分辨率。例如，AD5251/AD5252模拟64/256个具有64/256等电阻R的连接点，允许它们提供优于1.5%/0.4%的分辨率。

图40提供了组成RDAC一个通道的三个终端之间连接的等效图。开关SW和SW始终打开，但一次只能打开开关SW（0）到SW（2）中的一个（由从数据位解码的设置确定）。因为开关不理想，所以有75Ω的雨刮器电阻，R。雨刮器电阻是电源电压和温度的函数：较低的电源电压和较高的温度会导致较高的雨刮器电阻。在需要准确预测输出电阻的应用中，考虑雨刮器阻力动力学是很重要的。

如果W-to-B或W-to-A端子用作可变电阻器，则未使用的端子可以用W开路或短路；这种操作称为变阻器模式（见图41）。电阻公差可在±20%范围内。

AD5251/AD5252的标称电阻有64/256个触点，通过雨刮器端子和B端子触点连接。RDAC寄存器中的6/8位数据字被解码以选择64/256设置之一。雨刮器的第一个连接从数据0x00的B端子开始。此B端子连接的雨刮器接触电阻R为75Ω，与标称电阻无关。第二个连接（AD5251 10 kΩ部分）是数据0x01的R=231Ω（R=R/64+R=156Ω+75Ω）的第一个抽头点，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R=9893Ω时达到最后一个抽头点。等效RDAC电路的简化图见图40。

确定W和B之间数字编程输出电阻的一般方程式是：

其中：D是包含在RDAC闩锁。RAB是标称端到端电阻。

由于数字电位计不是理想的，因此存在75Ω有限的雨刮器电阻，当设备编程为零刻度时，很容易看到。由于器件采用了精细的几何结构和互连结构，应注意将W和B之间的电流传导限制在不超过连续±5毫安，总电阻为1 kΩ或脉冲为±20毫安，以避免设备退化或可能损坏。AD5251和AD5252的最大直流电流分别在图21和图22中示出。

与机械电位器类似，雨刮器W和端子A之间的RDAC电阻也产生数字控制的互补电阻R。使用这些端子时，B端子可以打开。R从最大值开始，随着加载到锁存器中的数据值的增加而减小（参见图42）。这个操作的一般方程式是：

在给定的器件中，R在各个通道之间的典型分布约为±0.15%。另一方面，设备与设备的匹配取决于工艺批次，公差为±20%。

可编程电位器操作

如果使用所有三个端子，则操作称为电位计模式（见图43）；最常见的配置是分压器操作。

如果忽略雨刮器电阻，则传递函数为：

更精确的计算包括雨刮器阻力效应：

其中2是步数。

与变阻器模式操作不同，在变阻器模式操作中，公差较高，电位器模式操作产生的几乎是D/2的比率函数，R项造成的误差相对较小。因此，公差效应几乎被取消。类似地，比率调整也将温度系数影响降低到50 ppm/℃，除了在以R为主的低值代码中。

电位器模式操作包括其他应用，如运放输入、反馈电阻网络和其他电压缩放应用。实际上，A、W和B端子可以是输入或输出端子，只要| V |、| V |和| V |不超过V到V。

应用程序信息

液晶面板V调整组件对象模型

大型液晶面板通常需要一个以6V到8V为中心的可调V电压，并带有±1V的摆动和小步调整。此示例表示常见的DAC应用程序，其中调整窗口很小，并且位于任何级别的中心。可以使用高电压和高分辨率的dac，但是使用具有电平偏移的低压数字电位器（如AD5251或AD5252）来实现这一目标要划算得多。

假设电压要求为6 V±1 V，步进调整为±20 mV，如图44所示。AD5252可以配置为具有运算放大器增益的分压器模式。在AD5252允许±20%的公差的情况下，在最坏的情况下，该电路仍然可以用8 mV/步从5 V调整到7 V。

电流传感放大器

双通道、同步更新和通道间电阻匹配特性使AD5251/AD5252适合电流传感应用，如LED亮度控制。在图45所示的电路中，当RDAC1和RDAC3被编程为相同的设置时，可以显示：

因此，可以确定通过连接在V和V之间的感测电阻器的电流。

该电路可编程用于需要不同灵敏度的系统。如果运算放大器具有非常低的偏移和低的偏置电流，则主要误差来源于数字电位器通道到通道的电阻失配，通常为0.15%。电路精度约为9位，可满足LED控制等通用应用。

可调大功率LED驱动器

图46显示了一个可以驱动三个或四个大功率LED的电路。ADP1610是一个可调的升压调节器，为LED提供足够的空间和电流。由于其FB引脚电压为1.2v，数字电位器AD5252和运算放大器形成12个反馈网络的平均增益，以伺服传感和反馈电压。其结果是，根据AD5252的设置，R两端的电压调节在0.1v左右。可调LED电流为：

R应该足够小，以节省功率，但足够大，以限制最大LED电流。R3应与AD5252并联使用，以将LED电流限制在可达到的范围内。

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