数字电位器在雷达多通道接收机中的应用

 由此绘制的控制电压与增益之间的曲线如图2所示。

    分析其中的线性增益部分，可得以下结论：调整机械电位器实际改变了控制端的电压，该电压在4．4～7．4 V范围内每增加0．1 V，输出增益增加约1．38 dB。该指标是数字电位器的选型基础。

3 数字电位器基本原理
    数字电位器内部简化原理如图3所示。将n只结构相同的电阻串联在RH，RL之间，每只电阻的两端分别经过一个由CMOS管或者NMOS管构成的模拟开关连在一起，作为数字电位器的抽头，这种模拟开关等效为单刀单掷开关，在数字信号的控制下每次只能有一个模拟开关闭合，从而将串联电阻的一个节点连接到滑动端。

    对数字电位器集成电路进行计算机仿真的SPICE(Simulation Program with Intergrate Circuit Emphasis)模型如图4所示。其中R为数字电位器的总电阻，RW为滑动端电阻，CW为滑动端的电容，CH和CL分别为数字电位器高端、低端对地的电容，因所论述的数字电位器工作在近似直流的条件下，所以不考虑其中的分布电容对电路性能的影响。

4 数字电位器选型过程
    数字电位器选型时主要考虑以下指标：触点数；总阻值及误差；引脚电压；滑动端电阻及最大电流；温度系数。

4．1 触点数选择
    因所选数控电位器线性控制电压在4．4～7．4 V之间，所以计算可得数字电位器触点数与最高控制精度之间的关系如表2所示。

    兼顾指标和成本，选择数字触点数为100或128的数字电位器。

4．2 数字电位器满量程电阻值选择
    数字电位器常见的满量程阻值有以下几种：1 kΩ，10 kΩ，50 kΩ。
    数字电位器阻值选取时需考虑：其工作电流要远大于V_ADJ端的电流，同时最大工作电流一般不超过3 mA。所以选取阻值为10 kΩ。

4．3 数字电位器其他参数选择
4．3．1 工作电压选择
    由上述电路分析可知，数字电位器的I／O端口工作电压为0～15 V。

4．3．2 接口选择
    数字电位器常见的接口包括以下8种：按键式接口，单线接口，I2C总线接口，三线加减式串行接口，SPI总线接口，Microwire总线接口和两线并行接口。受多通道接收机PCB板上面积限制，所选器件在保证性能的前提下优先选择引脚数比较少的器件。
 

4．3．3 偏置电路选择
为保证数字电位器步进精度，在总阻值为10 kΩ时，分压范围需处于4．4～7．4 V，所以需要为其选择合适的分压电阻R1和R2，其仿真电路如图5所示，仿真结果如图6所示。

由图5和图6可见，在选取R1=6．56 kΩ和R2=15．8 kΩ后，可调电位器的阻值步进使控制电压处于线性段，从而达到线性调节通道增益的目的。

5 数字电位器X9312
X9312为Intersil公司的数字电位器，其主要性能参数如表3所示。

由表3可知，X9312满足多通道接收机增益调整电路对数字电位器的所有要求，下面主要对该器件RW电阻和温度系数对控制端电压的影响及接口设计进行简要分析。
 

5．1 滑动端电阻RW对控制端电压的影响
RW为数字电位器的触头电阻，电路中相当于在图3所示的R2和R_VAR之间串联了一个40 Ω的电阻。该电阻与R2(15．8 kΩ)串联分压最大为75 nV，所以可忽略该电阻对通道增益的影响。
 

5．2 温度系数对控制端电压的影响
X9312温度系数为±20 ppm，当R_VAR阻值为10 kΩ时，全温度范围内电阻值变化为±0．2 Ω，对分压基本无影响，所以认为数字电位器阻值在全温度范围内不变。
 

5．3 数字电位器控制电路设计
数字电位器通过处理机和三根数据线进行电阻的调节和数据的锁存，在此不详细分析其控制时序，仅讨论端的电路设计。
 端在器件工作期间保持为低电平。当端和端同时为高时将当前的寄存器数据锁存入存储器，达到重新上电后数字电位器阻值不变的目的。所以端需要工作在高或者低的状态下，为达到该目的，将端通过10 kΩ下拉电阻进行接地。加过下拉电阻后的端正常工作时为低电平，需要锁存数据时，外部将该端电平设置为高即可。控制接口电路图如图7所示。

6 高低温测试数据分析
在高温和低温条件下对数字电位器电路进行测试，为了忽略放大器增益随温度变化对数字电位器分压特性的影响，选择测量V_ADJ端电压进行记录。只要V_ADJ端控制电压控制特性良好就说明数字电位器有良好的分压特性。
全温度范围内测得的V_ADJ端电压与仿真及计算结果相同，控制端电压变化小于1 mV，所以仅用常温数据绘制V_ADJ电压与数字电位器控制值的关系。结果如图8所示。