利用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)電壓-電阻轉(zhuǎn)換

在工業(yè)控制和偏置調(diào)節(jié)電路中有時(shí)需要將電壓轉(zhuǎn)換成電阻，這一過程在具體實(shí)施時(shí)有一定的難度。圖1所示電路利用兩路數(shù)字電位器提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換方案。


圖1. 利用兩路相同的數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)電壓-電阻轉(zhuǎn)換

數(shù)字電位器U1和比較器U3構(gòu)成數(shù)字式跟蹤-保持電路，U1通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部分壓比來(lái)保證VWIPER跟蹤VIN。這樣，滑動(dòng)電阻將與VIN成正比。由于U1和U2的數(shù)字輸入是連接在一起的，因此U2的滑動(dòng)端位置與U1相同，對(duì)應(yīng)端之間的電阻也相同。從而可得到與VIN成正比的電阻，從而實(shí)現(xiàn)了電壓至電阻的轉(zhuǎn)換。

數(shù)字式跟蹤-保持電路的工作過程如下所述。為跟蹤VIN，在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí)，U1的滑動(dòng)端位置(中心抽頭)會(huì)向上或向下移動(dòng)。比較器U3對(duì)模擬輸入(VIN)和滑動(dòng)端電壓(VWIPER)進(jìn)行比較。如果VIN > VWIPER，比較器輸出邏輯高電平，并使滑動(dòng)端位置向上移動(dòng)，VWIPER增大。VWIPER將保持遞增狀態(tài)，直到其大于VIN為止；然后，比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平，控制滑動(dòng)端向下移動(dòng)。對(duì)應(yīng)每個(gè)時(shí)鐘周期，滑動(dòng)端將根據(jù)需要向上或向下移動(dòng)，以跟蹤VIN。分壓器的參考輸入(VH和VL)決定輸入電壓的范圍；如果VIN在0V至5V (直流)之間，則使VL = GND、VH = 5V (直流)。

由于U1和U2相同并且它們的數(shù)字輸入連接在一起，因此它們的滑動(dòng)端位置也相同。LOCK輸入置為低電平時(shí)，輸出電阻將隨著VIN而改變；LOCK置為高電平時(shí)，將保持阻值不變。

可以將LOCK始終接地，但這種情況下，即使VIN保持恒定，輸出電阻也會(huì)在兩個(gè)相鄰狀態(tài)之間連續(xù)轉(zhuǎn)換。例如，如果電位器的端到端電阻為10kΩ，當(dāng)滑動(dòng)端電阻設(shè)置在5kΩ時(shí)，輸出電阻將隨時(shí)鐘在5kΩ和5.3125kΩ之間轉(zhuǎn)換。如果需要，可以在滑動(dòng)端輸出接一個(gè)電容，濾除電阻變化的影響。可以采用100Hz至10kHz的時(shí)鐘頻率。

輸出電阻并非實(shí)時(shí)跟隨VIN變化，而是需要經(jīng)過若干時(shí)鐘周期之后才達(dá)到終值。時(shí)鐘數(shù)(最多32個(gè))取決于滑動(dòng)端的初始位置和輸入電壓。

如果需要更高的分辨率，可以用6位或8位數(shù)字電位器替代圖中的5位器件。注意，MAX5160上電復(fù)位時(shí)將滑動(dòng)端設(shè)置在中心位置，從而可使兩路數(shù)字電位器同步至相同的電阻。需選用上電時(shí)具有確定狀態(tài)的數(shù)字電位器。

該設(shè)計(jì)思想還發(fā)表在2004年6月7日出版的Electronic Design上。