Операционный усилитель увеличивает разрешение цифрового потенциометра

Ключевым параметром цифровых потенциометров (ЦП) является количество отводов (n), то есть, количество программируемых положений движка. Этот параметр определяет разрешение в приложениях с программируемыми напряжениями и токами. Для улучшения разрешения одного или нескольких ЦП при заданном количестве отводов существует ряд схемных методов. Схема на Рисунке 1 теоретически не имеет ограничений на увеличение разрешения программируемых источников напряжения. Усилитель IC₃ представляет собой инвертирующий сумматор с взвешенными сопротивлениями входных резисторов. Входными напряжениями сумматора служат программируемые выходные напряжения цифровых потенциометров.

Рисунок 1.	Предельное разрешение этой схемы программируемого источника напряжения практически не ограничено.

Для снижения влияния нагрузки добавлены повторители IC₁ и IC₂, буферизующие сигналы с движков потенциометра. В случае потенциометра с n отводами входные резисторы суммирующего усилителя с сопротивлениями R и n_R обеспечивают программируемое выходное напряжение

с разрешением

Для сдвоенного ЦП X9418 с 64 отводами при использовании компонентов с номиналами, указанными на схеме, выходное напряжение V_OUT имеет n², или 4096 программируемых значений. Напряжение полной шкалы равно 2.5391 В, а наименьшее программируемое напряжение составляет 0.62 мВ. ЦП₁ позволяет грубо программировать напряжение от 0 до 2.5 В с разрешением 39 мВ, тогда как ЦП₂ предназначен для точного программирования в диапазоне от 0 до 39 мВ с разрешением 0 62 мВ. Схема обеспечивает такое же разрешение, как 12-разрядный цифро-аналоговый преобразователь. Результаты всех измерений, сделанных на макете схемы, укладывались в 2 младших бита расчетных значений. При добавлении большего количества потенциометров, буферов и входных резисторов разрешение теоретически увеличивается неограниченно. Если добавить третью секцию, разрешение увеличится до 262,144 (18 бит). Аналогичную схему можно реализовать с неинвертирующим суммирующим усилителем. Эту схему можно использовать вместо дорогих цифро-аналоговых преобразователей в любом приложении, где требуется точное программируемое напряжение с высоким разрешением.

Материалы по теме

1. Datasheet Renesas X9418
2. Datasheet Texas Instruments LMC6064