Интересной вариацией на тему цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) является цифровой потенциометр (ЦП). Помимо возможности выдавать напряжение, пропорциональное цифровому значению при использовании в качестве умножающего ЦАП, ЦП также может работать как резистор с цифровым программированием (реостат). При таком использовании важным параметром, который иногда ограничивает точность ЦП, является сопротивление движка RW.
Конечно, будучи твердотельными устройствами, ЦП, в отличие от электромеханических потенциометров, не имеют физического резистивного элемента с бегающим по нему движком. На самом деле их «RW» – это сопротивления массива открытых МОП-переключателей, выбирающих нужный отвод внутренней резистивной цепочки:
26 + 1 = 65 отводов для 6-битного потенциометра,
27 + 1 = 129 для 7-битного,
28 + 1 = 257 для 8-битного,
и т. д.
RW оказывается включенным последовательно с выбранным сопротивлением, так что если:
- RAB – общее сопротивление резистивной цепочки, которое для выбранного образца ЦП (MCP4161-502) равно 5 кОм,
- N – номер выбранного отвода резистивной цепочки (0 ≤ N ≤ 256 для 8-битного ЦП),
то в идеальном мире (где все RW = 0) результирующее сопротивление будет равно просто:
К сожалению, в мире реальных ЦП RW > 0. Следовательно:
Для выбранного в качестве примера 5-килоомного 8-битного ЦП типовое значение RW составляет 75 Ом, а максимальное – 160 Ом. При установке минимального входного кода (N = 0) типовое значение RAB равно 75/5000 × 256 ≈ 4 LSB (единиц младшего разряда). а максимальное – 8 LSB.
Невозможность установить RAB меньше 75 Ом для N = 0 уже может быть проблемой для многих приложений, но вредное влияние RW > 0 распространяется и на другие N. Например, температурный коэффициент сопротивления RAB резистивной цепочки микросхемы серии MCP41 имеет отличное значение 50 ppm/°C (типовое), а температурный коэффициент RW на порядки хуже – примерно 3000 ppm/°C. Таким образом, при любом N, меньшем 230, в общем температурном коэффициенте доминирует RW.
Достаточно сказать, что компенсация RW позволит существенно улучшить характеристики ЦП во многих точных приложениях. Это делает схема на Рисунке 1. Вот как она работает.
 |
|
| Рисунок 1. | Операционный усилитель A1 активно управляет выводом PW0 движка цифрового потенциометра U1 и принудительно поддерживает равенство VPBO = VB, пропуская при этом незначительный ток через сопротивление RWB и устраняя таким образом влияние RW. |
Подключение неинвертирующего входа усилителя A1 к опорному напряжению VB (обычно, но не обязательно, подключается к земле), инвертирующего входа к выводу PB0 микросхемы U1 и выхода к выводу PW0 микросхемы U1 создает цепь обратной связи, которая принудительно поддерживает равенство VPBO = VB независимо от сопротивления RW. (Здесь VPBO – напряжение на выводе PB0). Это, как утверждается в рекламе, сводит на нет влияние RW.
Компенсирующий конденсатор C1, вероятно, не является абсолютно необходимым при выборе компонентов A1 и U1, показанных на Рисунке 1, но если бы был выбран более быстрый усилитель A1 или ЦП с бóльшим сопротивлением RAB, то он, скорее всего, был бы нужен.
