數(shù)字電位器(數(shù)字可變電阻或digipot)常常用于音量控制。音頻系統(tǒng)中,音量衰減應(yīng)遵循人耳的響應(yīng)特性,按照對(duì)數(shù)規(guī)律變化。在一些設(shè)計(jì)中,會(huì)使用簡(jiǎn)單的低成本線性電位器取代對(duì)數(shù)抽頭電位器(log pot)。本應(yīng)用筆記介紹線性電位器在對(duì)數(shù)應(yīng)用中的使用,所采用的電位器為小尺寸、低成本、高分辨率的數(shù)字電位器。
概述
數(shù)字電位器具有可靠性高、尺寸小、易使用等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用來(lái)替代機(jī)械式電位器,尤其是在音量控制方面,應(yīng)用非常普遍。考慮到人耳對(duì)音量衰減的感知是非線性的,會(huì)把對(duì)數(shù)衰減當(dāng)作線性衰減,所以,音頻設(shè)備中一般傾向于使用對(duì)數(shù)數(shù)字電位器,而不是線性數(shù)字電位器。如果系統(tǒng)內(nèi)只提供了高分辨率的線性數(shù)字電位器,在不更改系統(tǒng)硬件的前提下,可以采用以下方式將線性電位器(圖1)轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)電位器。
圖1. 該系列數(shù)字電位器采用標(biāo)準(zhǔn)配置,具有電阻串的高端、低端以及中心抽頭連接點(diǎn),中心抽頭的位置可以沿著電阻串移動(dòng)。
用線性電位器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)
利用數(shù)學(xué)關(guān)系式簡(jiǎn)單、易懂的線性抽頭數(shù)字電位器,可以完成對(duì)數(shù)數(shù)字電位器的功能。由于數(shù)字電位器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)分壓電路,其輸出電壓與作用在電位器兩端的輸入電壓VIN (VIN作用在RH)存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,可以用下式表示:
VOUT = VIN(RW-L / RH-L)(式1)
其中,RW-L是中心抽頭(W)和電阻串低端(L)之間的電阻值,RH-L是電位器兩端之間的總電阻。
按照下式計(jì)算電壓衰減量的分貝數(shù):
衰減量(dB) = 20 * log(VOUT / VIN)(式2)
將式(1)的VOUT代入式(2),可以得到以下關(guān)系式:
衰減量(dB) = 20 * log[VIN(RW-L / RH-L)/VIN] = 20 * log(RW-L / RH-L)(式3)
按照圖2所示,電阻值可以用電位器的抽頭位置(RW-L)和總的抽頭數(shù)(RH-L)表示。
圖2. 線性電位器的抽頭點(diǎn)位于等分電阻串的位置
電位器抽頭位置(RW-L)可以表示為:
RW-L = (Total_Taps - x) * R(式4)
其中x = 1, 2, 3...Total_Taps,Total_Taps是總的抽頭數(shù)。
由于第一個(gè)抽頭點(diǎn)(最小衰減量)不含電阻,端至端總電阻為:RH-L = (Total_Taps - 1) * R,衰減量可以用下式表示:
衰減量(dB) = 20 * log[(Total_Taps - x) / (Total_Taps - 1)] (式5)
結(jié)論
由上述分析可見(jiàn),將線性電位器轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)電位器是完全可行的,這種方法非常適合高分辨率線性電位器(128抽頭或更高),因?yàn)閷?duì)數(shù)電位器的分辨率被嚴(yán)格限定在線性抽頭點(diǎn)的范圍內(nèi)(少于128)。此外,由于內(nèi)部結(jié)構(gòu),如ESD保護(hù)電路或作為開(kāi)關(guān)的晶體管的非線性導(dǎo)通電阻,可能在端點(diǎn)處影響精度。下面給出的程序代碼可以實(shí)現(xiàn)衰減量與抽頭位置之間(圖3)以及所要求的抽頭位置與衰減量之間(圖4)的轉(zhuǎn)換。
圖3. 該程序用于衰減量與抽頭位置之間的轉(zhuǎn)換
圖4. 該程序用于抽頭位置與衰減量之間的轉(zhuǎn)換
審核編輯:郭婷
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