Энергонезависимый цифровой потенциометр управляет стробированием логического сигнала

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июль 2019

Reinhardt Wagner, Maxim Integrated Products

EDN

В этой статье описана простая альтернатива энергонезависимой функции стробирования, которую обычно вы реализуете с помощью программируемой логической матрицы (PAL), матричной БИС (GAL) или сложной программируемой логической микросхемы (CPLD). Для стробирования логического сигнала, чтобы блокировать или разрешить его прохождение, обычно используется логический элемент, такой как «И», на один из входов которого подается сигнал, а на другой – строб. Поскольку логические элементы выполняют булевы операции с немедленным откликом, они являются комбинационными устройствами без памяти.

Однако если вам необходимо запрограммировать вентиль, который должен всегда либо блокировать, либо передавать сигнал после запуска системы, вы должны сохранить логическое состояние «разрешение/запрет» в энергонезависимой памяти какого-либо вида. Для хранения таких логических состояний имеются два основных метода. Первый основан на использовании микроконтроллера в сочетании с энергонезависимой памятью, такой как EEPROM. Этот метод подходит, если система может подождать, пока микроконтроллер считает логическое состояние из памяти и применит его к аппаратному выводу – обычно это порт ввода/вывода общего назначения. В некоторых случаях, однако, требуется, чтобы сигнал «разрешение/запрет» уже присутствовал при включении питания. Для таких систем задержка чтения из памяти недопустима.

При использовании второго метода, полезного для систем без микроконтроллера или для случаев, когда система не может ждать, пока микроконтроллер считает данные из памяти во время загрузки, логическое состояние сохраняется в каком-либо устройстве, которое делает его немедленно доступным при включении питания. Для этого функцию стробирования реализуют PAL, GAL или CPLD в сочетании с программируемой энергонезависимой памятью. Однако набор функций этих устройств намного обширнее, чем стробирование с памятью, и может быть избыточным для систем, которым требуется всего несколько таких вентилей. Кроме того, из-за необходимости размещения множества логических входов/выходов их корпуса относительно велики.

Если вам нужно только несколько энергонезависимых вентилей, рассмотрите возможность использования компонента, широко используемого в системах обработки аналоговых и смешанных сигналов: цифрового потенциометра (Рисунок 1). Заземлите вывод L резистивной цепочки, а на вывод H подайте сигнал. Затем выход движка либо замыкается на землю для блокировки, либо подключается к входному сигналу для передачи.

Рисунок 1.	Программируемый энергонезависимый цифровой потенциометр выполняет функцию логического элемента «И». Установка движка в крайнее верхнее положение разрешает прохождение сигнала на выход; в нижнем положении передача сигнала на выход блокируется.

Запрограммировать положение движка цифрового потенциометра можно через его последовательный интерфейс во время тестирования платы или системы. Для это цели подойдет имеющийся в некоторых цифровых потенциометрах интерфейс «больше/меньше» (U/D). При выборе энергонезависимого цифрового потенциометра следует руководствоваться следующими критериями:

• Цифровые потенциометры в типичном случае имеют 32 или более отводов; вам потребуется, по крайней мере, два. Движок цифрового потенциометра имеет сопротивление, связанное с внутренними ключами, которое должно быть как можно более низким, чтобы не искажать коммутируемый сигнал. Типичное сопротивление движка составляет от 100 Ом до 1 кОм. Например, для MAX5527 компании Maxim оно равно 90 Ом.
   
• Поскольку сопротивление движка цифрового потенциометра уменьшается с увеличением напряжения питания, следует выбрать высокое напряжение питания.
   
• Чтобы минимизировать нагрузку на источник сигнала и не ограничивать полосу пропускания сигнала потенциометра, нужно выбирать устройство с высоким сопротивлением между крайними выводами; для многих приложений приемлемо сопротивление 100 кОм.
   
• Если необходимо запрограммировать состояние вентиля, выберите энергонезависимый цифровой потенциометр. В некоторых цифровых потенциометрах для сохранения положения движка используется однократно программируемая память (OTP). Такие устройства подойдут, если вы не планируете вносить изменения в функцию стробирования Количество вентилей, состояние которых необходимо сохранить, определяет количество требуемых потенциометров. Существуют сборки, содержащие от одного до шести цифровых потенциометров, и больше.

Рисунок 2.	Если полоса пропускания цифрового потенциометра слишком мала, его можно использовать для управления логическим элементом «И».

Максимальная скорость передачи данных через цифровой потенциометр определяется полосой пропускания потенциометра. Если скорость переключения логических сигналов слишком высока для доступных потенциометров, можно использовать обычный логический вентиль, входом разрешения/запрета которого управляет цифровой потенциометр (Рисунок 2).

Материалы по теме