AD5280/AD5282是单/双，+15V/±5V，256位，I2C兼容数字电位器

特征

AD5280:1通道；AD5282：2通道；256个位置；+10 V至+15 V单电源；±5.5 V双电源操作；固定端电阻：20kΩ，50kΩ，200kΩ；低温系数：30ppm/℃；打开中刻度预设；可编程复位；工作温度：-40oC至+85oC；I2C兼容接口。

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；可编程电压源；可编程电流源；线路阻抗匹配。

一般说明

AD5280/AD5282是单通道和双通道、256位数字控制可变电阻器（VRs）。这些装置执行与电位计、微调器或可变电阻器相同的电子调节功能。每个虚拟现实都提供了一个完全可编程的电阻值，在a端子和雨刮器或B端子和雨刮器之间。20 kΩ、50 kΩ或200 kΩ的固定A到B端子电阻具有1%的通道到通道匹配公差。两部分的标称温度系数均为百万分之三十/摄氏度（ppm/摄氏度）。另一个关键特性是，零件可以工作到+15 V或±5 V。

系统通电时，雨刮器位置编程默认为中刻度。通电时，虚拟现实雨刮器位置由一个与集成电路兼容的2线串行数据接口编程。AD5280/AD5282具有睡眠模式可编程性。这允许在通电时进行任何级别的预设，并且是昂贵的EEPROM解决方案。两个部分都有额外的可编程使用户能够在其系统中驱动数字负载、逻辑门、LED驱动器和模拟开关的逻辑输出。

AD5280/AD5282有薄的、表面安装的14导TSSOP和16导TSSOP。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。

1、断言关机并在通电期间对设备进行编程，然后解除关机以达到所需的预设级别。

2、术语数字电位计、虚拟现实和RDAC可以互换使用。

绝对最大额定值

T=25°C，除非另有说明。

1、最大终端电流受开关的最大电流处理、封装的最大功耗以及在给定电阻下A、B和W端子中任意两个端子的最大外加电压的限制。

高于绝对最大额定值的应力可能会对设备造成永久性损坏。这仅是一个应力额定值；设备在本规范操作章节所述条件或以上任何其他条件下的功能操作并不意味着。长期暴露在绝对最大额定条件下可能会影响设备的可靠性。

热阻

θ是在最坏情况下指定的，即，表面贴装封装的电路板中焊接的器件。封装功耗= = (TJMAX − TA)/ θJA 。

典型性能特征

测试电路

图33到图43定义了产品规格表中使用的测试条件。

操作理论

AD5280/AD5282是单通道和双通道、256位数字控制可变电阻器（VRs）。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。开机预设功能的操作也取决于Vl引脚的状态。

变阻器操作

端子A和端子B之间的RDAC的标称电阻分别为20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ。零件号的最后两位或三位数字决定了标称电阻值，例如20 kΩ=20，50 kΩ=50，以及200千欧=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对于数据0x01，为138Ω（R=R/256+R=78Ω+60Ω）。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）。图46显示了未接入最后一个电阻串的等效RDAC电路的简化图；因此，除雨刮器电阻外，满标度下的标称电阻还少1LSB。

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8中加载的二进制代码的十进制等效值位RDAC寄存器。RAB是标称端到端电阻。RW是由内部开关。

注意，在零刻度条件下，存在60Ω的有限雨刮电阻。在这种状态下，应注意将W和B之间的电流限制在不超过20毫安的最大脉冲电流。否则，可能会导致内部开关触点退化或损坏。

与机械电位器一样，刮水器W和端子A之间的RDAC电阻也产生数字控制的互补电阻R。当使用这些端子时，B端子可以打开。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。这个操作的一般方程式是：

从一个通道到另一个通道的标称电阻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，并且可能有±30%的变化。由于电阻元件采用薄膜技术加工，因此R随温度的变化很小（30ppm/℃）。

电位计操作

数字电位器很容易在雨刮器到B和雨刮器到a处产生一个与a到B处的输入电压成比例的分压器。与V–V的极性（必须是正的）不同，在a到B、W到a和W到B之间的电压可以是任意极性，前提是V由负电源供电。

如果忽略雨刮器电阻对近似值的影响，则将A端子连接到5 V，B端子连接到接地将在雨刮器连接到B时产生输出电压，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A到B之间的电压除以电位计分压器的256个位置。因为AD5280/AD5282可以由双电源供电，所以定义任何有效电源在V时相对于地的输出电压的一般方程施加在端子A和端子B上的输入电压为：

为了更精确地计算包括雨刮器阻力的影响，可以将V作为：

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。与变阻器模式不同，输出电压主要取决于内部电阻R和R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

AD5280/AD5282通过与IC兼容的串行总线控制。RDAC作为从设备连接到此总线。如图45、图46和表6所示，AD5280/AD5282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是01011，后面的两个位由设备的AD0引脚和AD1引脚的状态决定。AD0和AD1允许用户在一条总线上最多放置四个与IC兼容的设备。2线IC串行总线协议操作如下。

主机通过建立一个启动条件来启动数据传输，当SCL高时，SDA线路上发生从高到低的转换时就会发生这种情况（见图45）。以下字节是从机地址字节，由7位从机组成地址后跟一个R/W位（该位确定数据是从从设备读取还是写入到从设备）。

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，当选定设备等待时，总线上的所有其他设备保持空闲写入或读取串行寄存器的数据。如果R/W位高，主设备从从设备读取。另一方面，如果R/W位低，则主设备写入从设备。

写操作比读操作多包含一个指令字节。这种写模式的指令字节跟随从地址字节。标记为A/B的指令字节的最高有效位（MSB）是RDAC subaddress select。低选择RDAC1，高选择双通道AD5282的RDAC2。为AD5280设置A/B低。

RS，第二个MSB，是中刻度重置。该位上的逻辑高将所选通道的雨刮器移动到中心抽头，其中RWA=RWB。此功能有效地覆盖寄存器的内容，因此，当退出重置模式时，RDAC保持在中刻度。

SD，第三个MSB，是一个关闭位。当雨刮器对端子B短路时，逻辑高导致所选通道在端子A处开路。此操作在变阻器模式下产生几乎0Ω，在电位计模式下产生0 V。这个SD位服务与SHDN管脚的功能相同，不同之处在于SHDN管脚对有效低电压有反应。此外，SHDN管脚影响两个通道（AD5282），而不是SD位，后者只影响正在写入的频道。请注意，关闭操作不会干扰寄存器的内容。当从关机状态恢复时，先前的设置将应用于RDAC。

以下两位是O和O。它们是额外的可编程逻辑输出，可用于驱动其他数字负载、逻辑门、LED驱动器、模拟开关等。三个LSB是不关心的位（参见图45）。

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个数据位后跟一个确认位）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45）。

在读取模式下，数据字节紧跟在从机地址字节的确认之后。数据以9个时钟脉冲的顺序通过串行总线传输（与写入模式略有不同，写入模式中有8个数据位，后跟一个确认位）。同样，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46）。

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。当SCL高时，停止条件被定义为SDA线上的从低到高的转换。在写入模式下，主机在第十个时钟脉冲期间将SDA线拉高，以建立停止条件（见图45）。在读取模式下，主机对第九个时钟脉冲（即SDA线路保持高电平）发出no应答。然后，在第10个时钟脉冲之前，主控将SDA线调低，该脉冲变高以建立停止条件（见图46）。

重复写入功能使用户可以灵活地在仅寻址和指示一次零件后多次更新RDAC输出。在写入周期中，每个数据字节更新RDAC输出。例如，在RDAC确认其从机地址和指令字节之后，RDAC输出将在这两个字节之后更新。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，写入模式必须从新的从机地址、指令和数据字节开始。同样，也允许RDAC的重复读取功能。

回读RDAC值

AD5280/AD5282允许用户在读取模式下读取RDAC值。然而，对于双信道AD5282，感兴趣的信道是先前在写入模式中选择的信道。当用户需要在AD5282中读取两个通道的RDAC值时，他们可以在写入模式下编程第一个子地址，然后更改为读取模式以读取第一个通道值。之后，他们可以使用第二个子地址切换回写模式，并在读模式下再次读取第二个通道值。用户无需在写入模式下发出帧3数据字节，以进行后续的回读操作。用户应参考图45和图46了解编程格式。

附加可编程逻辑输出

AD5280/AD5282具有额外的可编程逻辑输出O和O，可用于驱动数字负载、模拟开关和逻辑门。O和O默认为逻辑0。O和O的逻辑状态可以在第2帧的写入模式下编程（见图45）。这些逻辑输出具有足够的电流驱动能力，以接收/源毫安负载。

用户还可以通过以下编程以三种方式激活O和O，而不会影响雨刮器设置：

•使用指定的O和O执行启动、从机地址、确认和指令字节，确认、停止。

•完成写循环，先停止，然后开始，从地址字节，确认，指定O和O的指令字节，确认，停止。

•不通过发出停止、然后启动、从机地址字节、确认、指定了O和O的指令字节、确认、停止来完成写入周期。

独立关闭功能和可编程预设

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。如图44所示，当断言关机时，AD5280/AD5282打开开关，使A端子浮动，并使W端子短接到B端子。在关机模式下，AD5280/AD5282消耗的功率可以忽略不计，继续一个释放SHDN pin后的上一个设置。

此外，可以使用设备数字输出来实现关机，如图47所示。在此配置中，设备在通电期间关闭，但允许用户在任何预设级别对设备进行编程。当它完成时，用户程序O高与有效的编码和设备退出关机和响应新的设置。这种自包含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，而不需要添加额外的组件。此外，关机期间的睡眠模式编程功能允许AD5280/AD5282在任何级别上具有可编程预设，该解决方案可以与使用其他高成本EEPROM设备一样有效。由于R上有额外的功率，请注意，应该为R选择一个高值。

一条总线上有多个设备

图48显示了同一串行总线上的四个AD5282设备。

每个都有不同的从机地址，因为它们的Pin AD0和Pin AD1的状态不同。这使得每个设备中的每个RDAC都可以独立地写入或读取。主设备输出总线驱动程序是完全集成电路兼容接口中的开漏下拉菜单。

双向接口电平变换

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。当两个系统在两个不同电压下运行同一信号时，需要适当的电平偏移。例如，3.3v EEPROM可以与5v数字电位器接口。需要一个电平移位方案来实现双向通信，以便数字电位器的设置可以存储到EEPROM并从EEPROM中检索。图49显示了其中一个实现。M1和M2可以是任何N通道信号fet，如果V低于2.5v，则可以是低阈值FDV301N。

负电压运行的电平偏移

数字电位器在激光二极管驱动器应用和某些电信设备水平设置应用中很受欢迎。这些应用有时在接地和负电源电压之间运行，这样系统可以在接地时偏置，以避免大的旁路电容器，这可能会严重妨碍交流性能。像大多数数字电位器一样，AD5280/AD5282可以配置负电源（见图50）。

但是，数字输入也必须进行电平变换，以允许正确操作，因为接地参考负电位。图51显示了一个带有几个晶体管和几个电阻器。当车辆识别号低于第三季度时阈值，Q3为关，Q1为关，Q2为开。在这种状态下，VOUT接近0 V。当车辆识别号高于2 V时，Q3打开，Q1打开，Q2关闭。在这种状态下，VOUT被拉到VSS。要知道，成功也需要适当的时间转换与设备通信。

ESD保护

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52所示。这个保护适用于数字输入SDA、SCL和SHDN。

终端电压工作范围

AD5280/AD5282正VDD和负VSS电源供应定义了合适的3端的边界条件数字电位计操作。电源信号开启电阻器端子A、电阻器端子B和刮水器端子超过VDD或VSS的W被内部正向偏压二极管钳制（见图53）。

通电顺序

因为有ESD保护二极管限制电压端子A、端子B和端子W的符合性（见图53），在应用任何A、B和W端子的电压。否则，二极管正向偏压，使得VDD/VSS无意中通电，可能影响用户电路的其他部分。理想的功率上升顺序如下：GND、VDD、VSS、数字输入和VA/VB/大众。VA/VB/VW供电顺序与数字输入只要它们在VDD/VSS之后通电就不重要。

布局和电源旁路

设计一个紧凑、最小的布局是一个很好的做法引线长度。通向输入的导线应尽可能直接最小导体长度。接地路径应该有低电阻，低电感。

同样，绕过电源也是一个很好的做法采用优质电容器，以获得最佳稳定性。电源线应使用0.01μF至0.1μF的圆盘绕过装置，或片式陶瓷电容器。低ESR 1μF至10μF钽或电解电容器也应用于最小化任何瞬态干扰并过滤低频波纹（见图54）。注意数字地面也应该远程连接到模拟地面的一个点最小化数字地面反弹。

应用程序信息

双电源双极直流或交流操作

AD5280/AD5282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。高达V/V的交流信号可直接通过端子A施加到端子B，输出取自端子W。典型电路连接见图55。

增益控制补偿

数字电位器通常用于增益控制应用，如图56所示的非旋转增益放大器。

注意，RDAC B端子寄生电容连接到运放非转换节点。它为1/β项引入了0，20 dB/dec，而典型的运算放大器GBP具有-20 dB/dec特性。一个大的R2和有限的C1可以导致0频率远低于交叉频率。因此，闭合速率变为40db/dec，并且系统在交叉频率处具有0°相位裕度。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。一种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，除非C2按R2的最大值缩放。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。然而，它在最坏的情况下避免了增益峰值、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）到不超过十分之几皮卡法拉的范围内的C2通常足以进行补偿。

类似地，有W和A端子电容连接到输出端（未示出）；幸运的是，它们在该节点上的影响较小，并且在大多数情况下可以避免补偿。

AD5280/AD5282可配置为高达15 V的高压DAC。输出为：

图58显示了一个低成本的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59显示了一种类似于先前电路的实现。数字电位器U设置调整范围。因此，在给定的U设置下，W处的雨刮器电压可编程设置在V和–KV之间。在非垂直模式下配置A允许线性增益和衰减。传递函数是：

其中K是U1设置的RWB1/RWA1的比率。

与前面的例子一样，在K=1的更简单和更常见的情况下，使用单个数字AD5280电位计。U被一对匹配的电阻器替换，以在数字电位器的末端应用V和−V。关系变成：

如果R2较大，则可能需要具有少量pF的补偿电容器以避免任何增益峰值。

表7显示了调整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，例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60）。

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。然后，负载电流由电源经由N通道FET N1传送。N1功率处理必须足够耗散（V-V）×I功率。该电路可以用5伏电源供电，最大电流为100毫安。A1需要是railto-rail输入类型。对于精密应用，如ADR423、ADR292或AD1584的电压基准可以应用于数字电位器的输入端。

可编程电流源

可编程电流源可以用图61所示的电路实现。REF191是一个独特的、低电源净空和高电流处理精度的基准，可以在2.048V电压下输出20毫安。负载电流只是数字电位器的B端子到W端子之间的电压除以R。

电路很简单，但必须注意两件事。首先，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摆动到电位器设置的满刻度的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。

对于需要更高电流能力的应用，对图61中的电路进行几处改动，即可产生数百毫安范围内的可调电流。首先，电压基准需要更换为大电流、低损耗的稳压器，如AD3333，运算放大器需要更换为大电流双电源模式，如AD8532。根据所需的电流范围，必须计算R的适当值。由于流向负载的电流很大，用户必须注意负载阻抗，以免驱动运放超过正轨。

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62）。如果电阻匹配，负载电流为“

”

理论上，R2可以根据需要变小，以实现A输出电流驱动能力内所需的电流。在该电路中，OP2177可以向任意方向输出±5ma，电压柔度接近15v：

如果电阻R1'和电阻R2'分别与R1和R2+R2精确匹配，则输出阻抗可以是无穷大的。另一方面，如果电阻不匹配，则可能是负的。因此，C1必须在1 pF到10 pF的范围内，以防止振荡。

可编程低通滤波器

在模数转换应用中，通常包括抗混叠滤波器以限制采样信号的频带。

双通道数字电位器可用于二阶Sallen键低通滤波器（见图63）。这个设计方程式为：

用户可以首先为电容器选择一些方便的值。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，R1和R2可以被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（图64）中，Wien网络（R，R'，C，C'）提供正反馈，而R1而R2则提供负面反馈。在共振频率，fO，总相移为0，正反馈导致电路振荡。R=R'，C=C'，和R2=R2A//（R2B+Rdiode），振荡频率为：

其中R等于RWA：

共振时，设置下列平衡电桥：

实际上，R2/R1的设置应该略大于2，以确保这种振荡可以开始。另一方面，二极管D1和二极管D2的交替导通确保R2/R1较小因此，稳定了振荡。

一旦频率设定，振荡幅度可以是由R2B调整，因为：

VO、ID和VD是相互依赖的变量。适当的选择R2B，达到平衡，使VO会聚。R2B可以与离散电阻串联增加振幅，但总电阻不能太大，无法防止输出饱和。

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。AD5280（20 kΩ电阻器）的−3 dB带宽被配置为电位计分压器，在半标度下测量310 kHz。图24提供了三种可用电阻版本的Bode图特征：20 kΩ、50 kΩ和200 kΩ。寄生模拟模型如图65所示。提供了20 kΩRDAC的宏模型网络列表。

RDAC的宏模型网络列表

外形尺寸

1、第1行包含型号，第2行包含ADI徽标，后跟端到端电阻值，第3行包含日期代码YYWW。

2、Z=符合RoHS的零件。