基于X9241数字电位器的可控增益放大器

X9241是把4个E2POT数字电位器集成在单片CMOS集成电路上的一种数字电位器，其功能框图如图1所示，其中包含4个电阻阵列，每个阵列包含63个电阻单元，在每个单元之间和两个端点都有可以被滑动单元访问的抽头点。滑动单元在阵列中的位置由用户通过I2C总线控制，每个电阻阵列与1个滑动端计数寄存器(WCR)和4个8位数据寄存器相联系，4个数据寄存器可由用户读写，滑动端计数寄存器的内容控制滑动端在电阻阵列中的位置。数据寄存器的内容可以传输到滑动端计数寄存器以设置滑动端位置，当前滑动端的位置也可以传输到任何与之联系的数据寄存器中。滑动端计数寄存器是易失性的，器件上电时，滑动端计数寄存器自动装入数据寄存器R0的值。4个数据寄存器是非易失性的，如果在应用中不需要对电位器进行多种设置，则可作为通用存储单元保存系统参数或用户数据。X9241型号有Y，W，U和M后缀，表示内部电位器的不同组成，其中X9241M内部的4个电位器阻值分别为2 kΩ，10 kΩ，10 kΩ和50 kΩ。使用X9241数字电位器能方便地实现可控增益放大器的设计。

2 可控增益放大器的设计

方案一：采用A/D/A+DSP构成的数字信号处理系统来实现，该方案的系统组成复杂、成本较高。

方案二：采用可编程放大器，由于采用专用芯片，增益控制受限于芯片所提供的能力，灵活性差，其成本也较高。

方案三：众所周知，放大器的增益与电阻有关，改变相应电阻的阻值就可改变放大器的增益，由于采用改变电阻来控制放大器增益的方案具有概念清晰、电路组成简单、实现容易、成本低廉，可较好地满足实际要求，通常采用该方案，具体实现方法又有以下几种：

(1)通过小型继电器切换不同阻值的固定电阻来改变电阻，各固定电阻是经理论计算并经调试后确定的。

(2)采用电阻型光耦合器(如AD521L/H等)，通过控制其发光管电流实现电阻阻值的改变。

(3)采用数字电位器(如X9312，X9241等)，通过软件控制写入到电位器相关寄存器的数值来改变电阻阻值。

X9241是把4个E2POT数字电位器集成在单片CMOS集成电路上的一种数字电位器，其功能框图如图1所示，其中包含4个电阻阵列，每个阵列包含63个电阻单元，在每个单元之间和两个端点都有可以被滑动单元访问的抽头点。滑动单元在阵列中的位置由用户通过I2C总线控制，每个电阻阵列与1个滑动端计数寄存器(WCR)和4个8位数据寄存器相联系，4个数据寄存器可由用户读写，滑动端计数寄存器的内容控制滑动端在电阻阵列中的位置。数据寄存器的内容可以传输到滑动端计数寄存器以设置滑动端位置，当前滑动端的位置也可以传输到任何与之联系的数据寄存器中。滑动端计数寄存器是易失性的，器件上电时，滑动端计数寄存器自动装入数据寄存器R0的值。4个数据寄存器是非易失性的，如果在应用中不需要对电位器进行多种设置，则可作为通用存储单元保存系统参数或用户数据。X9241型号有Y，W，U和M后缀，表示内部电位器的不同组成，其中X9241M内部的4个电位器阻值分别为2 kΩ，10 kΩ，10 kΩ和50 kΩ。使用X9241数字电位器能方便地实现可控增益放大器的设计。

2 可控增益放大器的设计

方案一：采用A/D/A+DSP构成的数字信号处理系统来实现，该方案的系统组成复杂、成本较高。

方案二：采用可编程放大器，由于采用专用芯片，增益控制受限于芯片所提供的能力，灵活性差，其成本也较高。

方案三：众所周知，放大器的增益与电阻有关，改变相应电阻的阻值就可改变放大器的增益，由于采用改变电阻来控制放大器增益的方案具有概念清晰、电路组成简单、实现容易、成本低廉，可较好地满足实际要求，通常采用该方案，具体实现方法又有以下几种：

(1)通过小型继电器切换不同阻值的固定电阻来改变电阻，各固定电阻是经理论计算并经调试后确定的。

(2)采用电阻型光耦合器(如AD521L/H等)，通过控制其发光管电流实现电阻阻值的改变。

(3)采用数字电位器(如X9312，X9241等)，通过软件控制写入到电位器相关寄存器的数值来改变电阻阻值。

通常，编程的关键是对数字电位器进行选择和控制，即如何确定所需要的电位器及其滑动端计数寄存器(WCR)的值，其处理流程可参见图4。

4 减小增益误差的措施

由于数字电位器所提供的阻值为一系列离散值，在这些离散值中可能没有完全符合要求的阻值，这是产生增益误差的主要原因，可采取如下措施：

(1)选用足够高分辨率的数字电位器，这取决于元件制造工艺的发展，目前还无法达到。

(2)采用内含多种不同额定阻值的数字电位器(如X9241M)芯片，